計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（本科）第六章 網(wǎng)絡(luò)互連及設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)互連及設(shè)備第六章主要內(nèi)容互連設(shè)備網(wǎng)絡(luò)路由1、互連設(shè)備中繼器（repeater）網(wǎng)橋（bridge）交換機(jī)路由器（router）網(wǎng)關(guān)（gateway）網(wǎng)絡(luò)互連概述網(wǎng)絡(luò)互連需求擴(kuò)大資源共享范圍實(shí)現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)計(jì)算（多方合作設(shè)計(jì)）部署大范圍的應(yīng)用（文檔管理，email通信）網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部連接－網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)際連接－互聯(lián)設(shè)備LAN－LANLAN－WAN網(wǎng)絡(luò)互連概述網(wǎng)絡(luò)互連的原則對(duì)原有網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件或者網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議不應(yīng)作太大的修改。執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)互連的部件應(yīng)當(dāng)具有協(xié)調(diào)子網(wǎng)不同特性的能力。例如：編址方案、分組大小、訪問(wèn)機(jī)制和協(xié)議轉(zhuǎn)換等。不應(yīng)為提高網(wǎng)絡(luò)之間傳輸?shù)男阅芏绊懜鱾€(gè)子網(wǎng)內(nèi)部的傳輸功能和性能。網(wǎng)絡(luò)互連概述網(wǎng)絡(luò)互連因素考慮連接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備V.SOSI層次模型中繼器－Repeater(Hub)（1）目的：延伸網(wǎng)段。過(guò)程：信號(hào)（含噪聲）的接收和整形。形式：電纜延伸、光電轉(zhuǎn)換等。特點(diǎn)：通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)器互連的設(shè)備處于同一廣播域。

中繼器－Repeater（2）信號(hào)復(fù)制中繼器（3）信號(hào)整形(增強(qiáng)）Hub（4）光纖雙絞線細(xì)纜粗纜集線器轉(zhuǎn)發(fā)器堆疊式集線器網(wǎng)橋－Bridge（1）目的：實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)沖突域的劃分 不同子網(wǎng)之間的互連功能：網(wǎng)絡(luò)層以下協(xié)議轉(zhuǎn)換，幀格式轉(zhuǎn) 換，速率匹配，地址過(guò)濾，差錯(cuò)處 理，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)特點(diǎn)：工作于數(shù)據(jù)鏈路層，可以連接不 同的網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)橋－Bridge（2）

網(wǎng)橋網(wǎng)段1網(wǎng)段2OSI高層NDL1Ph1DL1Ph1DL2Ph2OSI高層NDL2Ph2網(wǎng)橋－Bridge（3）MAC幀頭數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼MAC幀頭轉(zhuǎn)換新MAC幀頭數(shù)據(jù)新校驗(yàn)碼EthernetFDDI網(wǎng)橋－Bridge（4）分類簡(jiǎn)單網(wǎng)橋：地址表全部由人工輸入。透明網(wǎng)橋(transparentbridge)或生成樹(shù)網(wǎng)橋(spanningtreebridge)全自動(dòng)工作模式，對(duì)終端完全透明源路由網(wǎng)橋(sourcerouting)對(duì)終端不透明，由終端進(jìn)行路由的發(fā)現(xiàn)透明網(wǎng)橋（5）地址學(xué)習(xí)－逆向?qū)W習(xí)法(backwardlearning)地址廣播地址學(xué)習(xí)地址查找地址表更新透明網(wǎng)橋－地址表（6）透明網(wǎng)橋－地址學(xué)習(xí)（7）網(wǎng)段1網(wǎng)段2網(wǎng)段3網(wǎng)段40012345604125456101738561017385A501C3dD5650173E56508C3dD5B50873EA6MAC地址端口地址映射表：00123456網(wǎng)段150873EA6,0012345650873EA6網(wǎng)段400123456,50873EA61017385A網(wǎng)段2………10173846,1017385A對(duì)嗎?透明網(wǎng)橋－環(huán)路處理（8）網(wǎng)橋環(huán)路的產(chǎn)生管理出錯(cuò)多個(gè)網(wǎng)橋增加冗余鏈路，增加可靠性MACPORTA1A2B2B1B1B2BA1122MACPORTA1A2B2B1B1表B2表透明網(wǎng)橋－環(huán)路處理（9）環(huán)路的特點(diǎn)引起站點(diǎn)之間有多條通路造成地址映射表沖突可能引起分組循環(huán)環(huán)路的處理LAN網(wǎng)絡(luò)抽象——〉圖的處理生成樹(shù)（spanningtree）算法，所產(chǎn)生的生成樹(shù)是覆蓋所有節(jié)點(diǎn)的無(wú)環(huán)子圖。透明網(wǎng)橋－環(huán)路處理（10）生成樹(shù)（spanningtree)算法的特點(diǎn)分布式動(dòng)態(tài)（處于不斷構(gòu)建之中，新加入或故障）生成樹(shù)（spanningtree)算法的目的消除環(huán)路任意兩個(gè)互聯(lián)的子網(wǎng)（網(wǎng)段）之間路徑唯一透明網(wǎng)橋－環(huán)路處理（11）生成樹(shù)算法原理網(wǎng)橋具有網(wǎng)橋標(biāo)識(shí)和端口（網(wǎng)段）編號(hào)；端口可設(shè)置“轉(zhuǎn)發(fā)”、“阻塞”狀態(tài)。選擇一網(wǎng)橋作為樹(shù)根，①根網(wǎng)橋（指定或最小地址的橋）周期性（1-4s）發(fā)出Hello廣播報(bào)文；②所有網(wǎng)橋記錄并轉(zhuǎn)發(fā)該報(bào)文；③多個(gè)橋向同一網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)該報(bào)文時(shí)，小地址橋的端口置為“轉(zhuǎn)發(fā)”狀態(tài)，其它橋的相應(yīng)端口可置為“阻塞（不轉(zhuǎn)發(fā)）”；④保證每個(gè)網(wǎng)段都（僅）有一個(gè)橋（端口）負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)；⑤當(dāng)同一橋的多個(gè)端口沖突時(shí)，阻塞編號(hào)較高的端口。⑥最終形成一個(gè)面向根節(jié)點(diǎn)（根網(wǎng)橋）的轉(zhuǎn)發(fā)非循環(huán)樹(shù)。透明網(wǎng)橋－環(huán)路處理（12）231456ABCDEFG透明網(wǎng)橋－環(huán)路處理（12）231456ABCDEFG231456ABCDEFG源路由網(wǎng)橋（13）假定每個(gè)幀的發(fā)送者都知道接收者是否在同一LAN上，當(dāng)發(fā)送一幀到另外的LAN時(shí)，源機(jī)器將目的地址的高位設(shè)置成1作為標(biāo)記。在幀頭加進(jìn)此幀應(yīng)走的實(shí)際路徑。網(wǎng)橋根據(jù)標(biāo)注的路徑進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。源路由的查找查找?guī)?discoveryframe)交換機(jī)（1）交換機(jī)是特殊的網(wǎng)橋交換機(jī)連接同構(gòu)的網(wǎng)段（子網(wǎng)）獨(dú)享帶寬劃分沖突域交換機(jī)（2）100M交換器10M交換器10M交換器100M100M10MHubHub網(wǎng)段網(wǎng)段子網(wǎng)子網(wǎng)交換機(jī)-VLAN（3）目的：將不同物理網(wǎng)段上的節(jié)點(diǎn)劃分為邏輯工作組特點(diǎn)：方便節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)、增加和刪除劃分方法按照交換機(jī)端口進(jìn)行劃分按照主機(jī)MAC地址進(jìn)行劃分按照主機(jī)IP地址進(jìn)行劃分交換機(jī)-VLAN（4）(port)

(MAC)(IP)有何不同?zw2-1>showvlanVLANNameStatusPorts---------------------------------------------------------------------------1defaultactive100ggqactiveGi1/0/1,Gi1/0/2,Gi1/0/3Gi1/0/4,Gi1/0/5,Gi1/0/6Gi1/0/7,Gi1/0/8,Gi1/0/26200wgxactiveGi1/0/11,Gi1/0/12,Gi1/0/13Gi1/0/14,Gi1/0/15,Gi1/0/16300ljzactiveGi1/0/17,Gi1/0/18,Gi1/0/19Gi1/0/20,Gi1/0/21,Gi1/0/22Gi1/0/23,Gi1/0/24,Gi1/0/27Gi1/0/28540VLAN0540activeGi1/0/9,Gi1/0/101002fddi-defaultact/unsup1003token-ring-defaultact/unsup1004fddinet-defaultact/unsup1005trnet-defaultact/unsupVLANTypeSAIDMTUParentRingNoBridgeNoStpBrdgModeTrans1Trans2--------------------------------------------------------------------交換機(jī)-VLAN（6）VLAN之間的通信由路由器或者具有三層交換功能的交換機(jī)完成。三層交換機(jī)功能：是指具有路由功能的交換機(jī)，互聯(lián)同構(gòu)子網(wǎng)或網(wǎng)段，不需進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，是一種簡(jiǎn)化的路由器。三層交換機(jī)的特點(diǎn)：保持兩層交換機(jī)的靈活性，同時(shí)通過(guò)硬件完成路由和交換功能，支持高速處理。路由器（Router）（1）功能網(wǎng)絡(luò)內(nèi)子網(wǎng)之間的互連同構(gòu)(異構(gòu))網(wǎng)絡(luò)之間的互連形成廣域網(wǎng)運(yùn)行路由算法/協(xié)議(RIP,OSPF,BGP)在輸入鏈路到輸出鏈路之間交換數(shù)據(jù)包工作于網(wǎng)絡(luò)層訪問(wèn)控制網(wǎng)絡(luò)管理路由器（Router）（2）

路由器子網(wǎng)1子網(wǎng)2OSI高層N1DL1Ph1DL1Ph1DL2Ph2OSI高層N2DL2Ph2N1N2路由器（Router）（3）體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)擁塞路由器（Router）（4）RoutingprotocolRoutetableRoutelookupRoutingProtocolRoutingAlgorithmsNetworkinformation路由處理路由器（Router）（5）交換模塊路由器（Router）（6）物理層:bit-級(jí)接受數(shù)據(jù)鏈路層:如：以太網(wǎng)通過(guò)目的地址從路由表中查找輸出接口如果數(shù)據(jù)報(bào)到達(dá)速率>轉(zhuǎn)發(fā)速率，則需要排隊(duì)輸入端口路由器（Router）（7）輸出端口如果從交換結(jié)構(gòu)到達(dá)速率大于卡的發(fā)送速率，則需要排隊(duì)路由器（Router）（8）路由協(xié)議靜態(tài)路由動(dòng)態(tài)路由RIP－距離向量協(xié)議OSPF－鏈路狀態(tài)協(xié)議BGP－邊界網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議網(wǎng)關(guān)－Gateway功能高層協(xié)議的轉(zhuǎn)換SMTPTCPIPLLCMACSTNDLPhA-MHSPSTNDLPhA-MHSPSMTPTCPIPLLCMAC網(wǎng)關(guān)2.網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)網(wǎng)絡(luò)互連應(yīng)用2.網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)通信子網(wǎng)構(gòu)成形式網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)問(wèn)題解決路由器交換機(jī)路由網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)路由行為－h(huán)ow尋徑:即判定到達(dá)目的地的最佳路徑，由路由協(xié)議和選擇算法來(lái)實(shí)現(xiàn)，本過(guò)程產(chǎn)生路由表。轉(zhuǎn)發(fā)（forward）:即沿尋徑好的最佳路徑傳送信息分組。路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何將分組發(fā)送到下一個(gè)站點(diǎn)（路由器或主機(jī)）。Routerouting?Windows下的命令Routenetstat網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)路由轉(zhuǎn)發(fā)表的形式DestinationMASKNext-hopflagInterfaceUHlo0UGle055583UHGle083UGle0網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)ActiveRoutes:DestinationNetmaskGatewayInterfaceMetric011001055155550010015555001DefaultGateway:主機(jī)終端路由實(shí)例網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)路由表（routingtable）靜態(tài)路由靜態(tài)路由是在路由器中設(shè)置的固定的路由表。由于靜態(tài)路由不能對(duì)網(wǎng)絡(luò)的改變作出反映，一般用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不大、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)固定的網(wǎng)絡(luò)中。靜態(tài)路由的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、高效、可靠。網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)路由表（routingtable）動(dòng)態(tài)路由動(dòng)態(tài)路由是路由器之間動(dòng)態(tài)地傳遞路由信息，不斷更新路由表的過(guò)程。它能實(shí)時(shí)地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，通過(guò)路由算法，更新各自的路由表以動(dòng)態(tài)地反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓?dòng)態(tài)路由適用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然，各種動(dòng)態(tài)路由協(xié)議會(huì)不同程度地占用網(wǎng)絡(luò)帶寬和CPU資源。

網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)靜態(tài)路由與動(dòng)態(tài)路由優(yōu)先級(jí)在所有的路由中，靜態(tài)路由優(yōu)先級(jí)最高，當(dāng)動(dòng)態(tài)路由與靜態(tài)路由發(fā)生沖突時(shí)，以靜態(tài)路由為準(zhǔn)。網(wǎng)絡(luò)中動(dòng)態(tài)路由通常作為靜態(tài)路由的補(bǔ)充，當(dāng)分組被路由時(shí)，路由器首先查找靜態(tài)路由，如果查到則根據(jù)相應(yīng)的靜態(tài)路由轉(zhuǎn)發(fā)分組；否則再查找動(dòng)態(tài)路由。網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)動(dòng)態(tài)路由產(chǎn)生（D_routing）RoutingprotocolNetworkinfo.routingalgorithmUsenetworkinfo.Createroutes.RoutetableRoutelookupRoutingProtocolRoutingAlgorithmsRoutingprotocolOtherroutersNetworkinformationDifferentroutingmechanisms1

2

312

31

2

3USER11USER12USER13USER21USER22USER23

Router

PhysicallinkRouteTableDirectRouteRedirectRouteSpecificHostRouteSpecificNetworkRouteDefaultRouteRouteTableDestinationNetMaskNexthopFlagIFCtUHlo0UGle055583UHGle083UGle0prifixGatewayFlagIF\15UHlo0CIDR無(wú)類域間路由RoutingAlgorithmsRoutingalgorithmsShortestPathRoutingRoutingAlgorithmsDistanceVectorRouting(Bellman-Ford)RoutingProtocolIGPRIPOSPFEGPBGPRoutingProtocolRoutingProtocolRIP（Routeinformationprotocol）Rfc2453（ripv2）(forsmall&middlenetwork<16hops)Algorithm：distancevectoralgorithmProcedure:Every30seconds,theRIPprocessisawakenedtosendanunsolicitedResponsemessagecontainingthecompleteroutingtabletoeveryneighboringrouter.Comparetheresultingupdatedistanceswiththecurrentroutingtableentries.Ifthenewresultingdistanceissmallerthantheexistingvalue,adoptthenewroute.Iftheupdateristherouterfromwhichtheexistingroutecame,i.e.,thenusethenewmetricevenifitislargerthantheoldone.RoutingProtocolRIP-----Count-to-infinityExample:交換次數(shù)R1路由表R4路由表R2路由表R3路由表初始Net0-1Net0-16Net0-16Net0-16第1次Net0-1Net0R12Net0R111Net0-16第2次Net0-1Net0R12Net0R43Net0R43Here,16meansinfinity交換次數(shù)R1路由表R4路由表R2路由表R3路由表初始Net0-1Net0-16Net0R43Net0R43第1次Net0-1Net0R24Net0R43Net0R43第2次Net0-1Net0R24Net0R44Net0R44第3次Net0-1Net0R25Net0R44Net0R44……………Net0-1Net0R212Net0R111Net0R412在180s之內(nèi)，R4沒(méi)有收到鄰居R1關(guān)于Net0的消息，則認(rèn)為鏈路中斷，距離置為16Problem:tworoutershaveroutespointingateachother.Thetwosolutionsasfollowing:"splithorizonwithpoisonedreverse""Splithorizon"isaschemeforavoidingproblemscausedbyincludingroutesinupdatessenttotherouterfromwhichtheywerelearned."Splithorizonwithpoisonedreverse“includessuchroutesinupdates,butsetstheirmetricstoinfinity."triggeredupdates"“Splithorizonwithpoisonedreverse”willpreventanyroutingloopsthatinvolveonlytworouters.However,itisstillpossible