計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第5章

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)劉兵劉欣

制作第5章網(wǎng)絡(luò)互連學(xué)習(xí)要點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)互連所使用的主要設(shè)備和基本概念路由器的基本工作原理靜態(tài)路由和動態(tài)路由的協(xié)議幾種典型網(wǎng)絡(luò)的解決方案第5章網(wǎng)絡(luò)互連5.1網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備5.2路由器5.3靜態(tài)路由5.4距離矢量路由協(xié)議RIP退出5.5虛擬專用網(wǎng)5.6網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)5.1網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備5.1.1網(wǎng)絡(luò)互連概述5.1.2網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)接口

返回5.1.3中繼器（Repeater）5.1.4集線器（HUB）5.1.5網(wǎng)橋（Bridge）5.1.6路由器（Router）5.1.7網(wǎng)關(guān)（Gateway）5.1.1網(wǎng)絡(luò)互連概述網(wǎng)絡(luò)互連的目的，主要是在地理位置不同的網(wǎng)絡(luò)之間建立通信鏈路，完成信息的交換。根據(jù)中繼系統(tǒng)所在的層次不同，可以有以下幾種不同的中繼系統(tǒng)：（1）物理層中繼系統(tǒng)：中繼器（Repeater）。（2）數(shù)據(jù)鏈路層中繼系統(tǒng)：網(wǎng)橋或橋接器（Bridge）。（3）網(wǎng)絡(luò)層中繼系統(tǒng)：路由器（Router）。（4）網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)：網(wǎng)關(guān)（Gateway）。

5.1.1網(wǎng)絡(luò)互連概述互連在一起的網(wǎng)絡(luò)要進(jìn)行通信，會遇到許多問題需要解決，如：不同的尋址方案不同的最大分組長度不同的網(wǎng)絡(luò)接入機(jī)制不同的超時控制不同的差錯恢復(fù)方法不同的狀態(tài)報(bào)告方法不同的路由選擇技術(shù)不同的用戶接入控制不同的服務(wù)（面向連接服務(wù)和無連接服務(wù)）不同的管理與控制方式

5.1.2網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)接口

網(wǎng)絡(luò)線路與用戶節(jié)點(diǎn)具體連接時，可能遇到以下幾種不同的連接設(shè)備及接口單元：T型連接器；收發(fā)器；屏蔽或非屏蔽雙絞線連接器RJ-45；RS232接口（DB-25）；DB-15接口；VB35同步接口；網(wǎng)絡(luò)接口單元；調(diào)制解調(diào)器。5.1.3中繼器（Repeater）中繼器是連接網(wǎng)絡(luò)線路的一種裝置，常用于兩個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間物理信號的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作。

1.工作方式2.類型中繼器有兩種基本類型。一種是電中繼器；另一種常用的中繼器是一種光電設(shè)備。3.應(yīng)用及限制中繼器的限制法則，即5-4-3法則：最多可以使用4個中繼器連接最多五個以太網(wǎng)段3表示高密度以太網(wǎng)網(wǎng)段的最大數(shù)量。5.1.4集線器（HUB）

HUB是一個共享設(shè)備，其實(shí)質(zhì)是一個中繼器。1.HUB在網(wǎng)絡(luò)中所處的位置HUB主要用于共享網(wǎng)絡(luò)的組建，是解決從服務(wù)器直接到桌面的最佳、最經(jīng)濟(jì)的方案。2.HUB的分類依據(jù)總線帶寬的不同，HUB分為10M，100M和10/100M自適應(yīng)三種；若按配置形式的不同可分為獨(dú)立型HUB，模塊化HUB和堆疊式HUB三種；根據(jù)管理方式可分為智能型HUB和非智能型HUB兩種。HUB根據(jù)端口數(shù)目的不同主要有8口，16口和24口等。在選用HUB時，要注意信號輸入口的接口類型，與雙絞線連接時需要具有RJ-45接口；如果與細(xì)纜相連，需要具有BNC接口；與粗纜相連需要有AUI接口；3.HUB在組網(wǎng)中的應(yīng)用網(wǎng)橋是一個局域網(wǎng)與另一個局域網(wǎng)之間建立連接的橋梁。網(wǎng)橋的作用是擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)和通信手段，在各種傳輸介質(zhì)中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)信號，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的距離，同時又有選擇地將有地址的信號從一個傳輸介質(zhì)發(fā)送到另一個傳輸介質(zhì)，并能有效地限制兩個介質(zhì)系統(tǒng)中無關(guān)緊要的通信。

5.1.5網(wǎng)橋（Bridge）1.工作方式2.類型（1）透明網(wǎng)橋（2）源站選路網(wǎng)橋3.特點(diǎn)（1）過濾和轉(zhuǎn)發(fā)（2）選擇性轉(zhuǎn)發(fā)（3）對多端口的支持（4）幀翻譯（5）幀封裝5.1.6路由器（Router）路由器是用于連接多個邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)，而邏輯網(wǎng)絡(luò)是指一個單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)或一個子網(wǎng)。路由器的功能如下：（1）網(wǎng)絡(luò)地址的使用（2）多路徑傳輸和路由控制（3）流量控制（4）幀的分段特性網(wǎng)橋路由器基于算法或協(xié)議選路通常不是使用網(wǎng)絡(luò)地址不是統(tǒng)一操作模式是不轉(zhuǎn)發(fā)路徑判定基本的可以很復(fù)雜多路徑傳輸能力有限強(qiáng)路由控制能力有限強(qiáng)流量控制沒有有幀分段不是分組處理速率高適中5.1.7網(wǎng)關(guān)（Gateway）網(wǎng)關(guān)，又叫協(xié)議轉(zhuǎn)換器，可以支持不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的互連。主要有三類網(wǎng)關(guān)：（1）協(xié)議網(wǎng)關(guān)（2）應(yīng)用網(wǎng)關(guān)（3）安全網(wǎng)關(guān)5.2路由器5.2.1路由器的基本概念5.2.2路由的度量（metric）5.2.3路由選擇算法退出5.2.1路由器的基本概念路由器是一種具有多個輸入端口和多個輸出端口的專用計(jì)算機(jī)，其任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)分組，即路由器從某個輸入端口收到的數(shù)據(jù)包，按照數(shù)據(jù)包要去的目的地址（即目的網(wǎng)絡(luò)），查找轉(zhuǎn)發(fā)表并將該分組從某個合適的輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)給下一跳路由器，下一跳路由器也按照同樣的方法處理這個數(shù)據(jù)包。1.路由器的功能（1）網(wǎng)絡(luò)互連。（2）數(shù)據(jù)處理。（3）網(wǎng)絡(luò)管理。2.路由器的路由過程路由表中記錄有以下內(nèi)容：目的網(wǎng)絡(luò)號（目的網(wǎng)絡(luò)）；到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的距離；到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該經(jīng)由本路由器的哪個接口；到達(dá)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的下一臺路由器的IP地址。網(wǎng)段路徑網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)包頭內(nèi)地址信息數(shù)據(jù)鏈路層數(shù)據(jù)幀內(nèi)的地址信息源IP地址目的IP地址源MAC地址目的MAC地址從PC1到

Router1PC1PC2PC1Router1的E0口從Router1到

Router2PC1PC2Router1的S0口Router2的S0口從Router2到

Router3PC1PC2Router2的S1口Router3的S1口從Router3到

PC2PC1PC2Router1的E0口PC23.路由表路由器的主要工作就是為經(jīng)過路由器的每個數(shù)據(jù)包尋找一條最佳傳輸路徑，并將該數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確地傳送到目的站點(diǎn)。（1）靜態(tài)路由表（2）動態(tài)路由表3.路由表路由表由多個路由記錄組成，每個記錄指明了以下內(nèi)容：（1）邏輯目的地（2）網(wǎng)絡(luò)掩碼（3）網(wǎng)關(guān)（4）接口（5）躍點(diǎn)數(shù)（6）協(xié)議目的網(wǎng)絡(luò)子網(wǎng)掩碼網(wǎng)關(guān)標(biāo)志接口躍點(diǎn)數(shù)211.85.192.0255.255.255.0211.85192.254Ueth00211.85.203.0255.255.255.0211.85.203.254Ueth1063.0.0.0255.0.0.0211.85.203.254UGeth1872.65.28.88255.255.255.255211.85.203.254UGHeth110127.0.0.1255.255.255.255127.0.0.1UHlo00default0.0.0.0211.85.203.254UGeth115.2.2路由的度量（metric）度量是路由算法用以確定到達(dá)目的地的最佳路徑的計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，如路徑長度、帶寬等。常用的度量如下：1.路徑長度2.可靠性延遲帶寬負(fù)載6.通信代價5.2.3路由選擇算法1.路由選擇算法的特點(diǎn)(1)路由算法必須具有正確性和完整性。(2)簡單性。(3)適應(yīng)性(4)穩(wěn)定性(5)公平性(6)最佳性2.路由選擇算法的分類路由選擇的算法分為兩大類：一類是靜態(tài)路由（也叫非自適應(yīng)路由）；另一類是動態(tài)路由（也叫自適應(yīng)路由）Internet網(wǎng)絡(luò)把路由選擇協(xié)議又可分為：（1）內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議IGP（InteriorGatewayProtocol）（2）外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議EGP（ExternalGatewayProtocol）根據(jù)IP地址是否具有類別屬性，又把路由選擇協(xié)議分為：有類別的路由選擇協(xié)議和無類別的路由選擇協(xié)議。3.常用路由選擇協(xié)議在路由選擇協(xié)議中，常用的協(xié)議有距離矢量的協(xié)議、鏈路狀態(tài)協(xié)議和邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議

5.3靜態(tài)路由5.3.1靜態(tài)路由概述5.3.2路由器配置所需要的主要命令說明5.3.3靜態(tài)路由的配置方法退出5.3.4查看路由表及驗(yàn)證連通性5.3.1靜態(tài)路由概述“默認(rèn)網(wǎng)關(guān)”是每臺主機(jī)上的一個配置參數(shù)，它是接在同一個網(wǎng)絡(luò)上的某個路由器端口的IP地址。路由動作包括兩項(xiàng)基本內(nèi)容：尋址和轉(zhuǎn)發(fā)。尋址即判定到達(dá)目的地的最佳路徑，由路由選擇算法來實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)發(fā)即沿尋找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)送到下一個站點(diǎn)（路由器或主機(jī)），如果路由器不知道如何發(fā)送分組，通常將該分組丟棄；否則就根據(jù)路由表的相應(yīng)表項(xiàng)將分組發(fā)送到下一個站點(diǎn)，如果目的網(wǎng)絡(luò)直接與路由器相連，路由器就把分組直接送到相應(yīng)的端口上。這就是路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議（routedprotocol）。1.配置靜態(tài)路由為路由器設(shè)置靜態(tài)路由的語法如下：Router(config)#iproutenetwork[mask]{address|interface}[distance]5.3.2路由器配置所需要的主要命令說明（1）第一種配置方法如下：Router(config)#iproute211.85.203.0255.255.255.0211.85.193.1（2）第二種配置方法如下：Router(config)#iproute211.85.203.0255.255.255.0S0/02.默認(rèn)路由對路由器進(jìn)行默認(rèn)路由設(shè)置的語法如下：Router(config)#iproute0.0.0.00.0.0.0

{address|interface}[distance]

路由器Router1上設(shè)置一條默認(rèn)路由的語句如下：Router(config)#iproute0.0.0.00.0.0.0211.85.193.2543.路由器端口設(shè)置查看路由表端口的詳細(xì)信息命令如下：Router#showipinterface給路由器的某一個端口設(shè)置IP地址的語法如下：Router(config-if)#ipaddress{IP地址}{子網(wǎng)掩碼}例如：為圖5-7中的Router2的S0端口設(shè)置IP地址為211.85.193.254，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0，其命令如下：Router(config)#intS0Router(config-if))#ipaddress211.85.193.254255.255.255.0在設(shè)置S0端口時，還必須設(shè)置其波特率，因?yàn)樗且粋€串行端口，其設(shè)置的語法如下所示：Router(config)#clockrate時鐘頻率例如：設(shè)置Router2路由器S0端口的線路速度為64000，其命令如下所示：Router(config)#clockrate64000最后，要想使某一個端口生效，還必須使用激活端口命令，其命令如下所示：Router(config)#noshutdown5.3.3靜態(tài)路由的配置方法設(shè)備端口IP地址子網(wǎng)掩碼默認(rèn)網(wǎng)關(guān)Router1S0192.168.1.1255.255.255.0E0211.85.203.254255.255.255.0Router2S0192.168.1.2255.255.255.0E0211.85.193.254255.255.255.0PC1E0211.85.203.22255.255.255.0211.85.203.254PC2E0211.85.193.150255.255.255.0211.85.193.254配置步驟如下：（1）首先配置PC1計(jì)算機(jī)的IP地址、子網(wǎng)掩碼和默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。使用命令如下：c>ipconfig/ip211.85.203.22255.255.255.0c>ipconfig/dg211.85.203.254（2）配置PC2計(jì)算機(jī)的IP地址、子網(wǎng)掩碼和默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。使用命令如下：c>ipconfig/ip211.85.193.150255.255.255.0c>ipconfig/dg211.85.193.254（3）配置路由器Router1，使用命令如下：Router1>enableRouter1#configureterminalRouter1(config)#interfaceserial0Router1(config-if)#ipaddress192.168.1.1255.255.255.0Router1(config-if)#clockrate64000Router1(config-if)#noshutdownRouter1(config-if)#interfaceethernet0Router1(config-if)#ipaddress211.85.203.254255.255.255.0Router1(config-if)#noshutdownRouter1(config-if)#exitRouter1(config)#iproute211.85.193.0255.255.255.0192.168.1.2（4）配置路由器Router2，使用命令如下：Router2>enableRouter2#configureterminalRouter2(config)#interfaceserial0Router2(config-if)#ipaddress192.168.1.2255.255.255.0Router2(config-if)#clockrate64000Router2(config-if)#noshutdownRouter2(config-if)#interfaceethernet0Router2(config-if)#ipaddress211.85.193.254255.255.255.0Router2(config-if)#noshutdownRouter2(config-if)#exitRouter2(config)#iproute211.85.203.0255.255.255.0192.168.1.1Router2(config)#iproute0.0.0.00.0.0.0192.168.1.15.3.3靜態(tài)路由的配置方法5.3.3靜態(tài)路由的配置方法5.3.3靜態(tài)路由的配置方法5.4距離矢量路由協(xié)議RIP5.4.1RIP協(xié)議的基本概念5.4.2RIP協(xié)議的配置方法

1.RIP協(xié)議的工作原理RIP是一種分布式的基于距離向量的路由選擇協(xié)議，是Internet網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，其最大優(yōu)點(diǎn)就是簡單。

RIP的原理是到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)的“距離”最短。其中“距離”定義為到達(dá)目的網(wǎng)絡(luò)所經(jīng)過路由器的個數(shù)，也稱為跳數(shù)（hopcount）。允許一條路徑最多只能包含15個路由器，即最大跳數(shù)為15，如果“距離”為16，則表示目的網(wǎng)絡(luò)不可達(dá)，且RIP認(rèn)為一個好的路由就是它通過的路由器的數(shù)目最少。5.4.1RIP協(xié)議的基本概念

RIP協(xié)議僅僅和相鄰的路由器以固定的時間間隔交換完整的路由表。一個完整的路由表包括以下信息：目的網(wǎng)絡(luò)、子網(wǎng)掩碼、下一跳、距離。在RIP協(xié)議中，交換完整路由表的固定時間間隔是30秒。5.4.1RIP協(xié)議的基本概念

2.RIP協(xié)議中的距離向量算法收到相鄰路由器（其IP地址為X）的一個RIP報(bào)文：（1）先修改此RIP報(bào)文中的所有項(xiàng)目：將“下一跳”中的地址都改為X，并將所有的“距離”字段的值加1。5.4.1RIP協(xié)議的基本概念

（2）對修改后的RIP項(xiàng)目進(jìn)行以下操作：若項(xiàng)目中的目的網(wǎng)絡(luò)不在路由表中，則添加該項(xiàng)目。否則若下一跳給出的路由器地址是相同的，則將收到的項(xiàng)目替換原路由表中的項(xiàng)目。否則若收到的項(xiàng)目中的距離小于路由表的距離，則進(jìn)行更新。否則，什么也不做。（5.4.1RIP協(xié)議的基本概念（3）若3分鐘還沒有收到相鄰路由器的更新路由表，則將此相鄰路由器記為不可達(dá)的路由器，即將距離置為16。（4）返回。5.4.1RIP協(xié)議的基本概念5.4.2RIP協(xié)議的配置方法5.4.2RIP協(xié)議的配置方法設(shè)備端口IP掩碼默認(rèn)網(wǎng)關(guān)Router1S0192.168.1.1255.255.255.0E0211.85.203.254255.255.255.0Router2S0192.168.1.2255.255.255.0E0211.85.193.254255.255.255.0PC1211.85.203.22255.255.255.0211.85.203.254PC2211.85.193.150255.255.255.0211.85.193.254（1）首先配置PC1計(jì)算機(jī)的IP地址和默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。使用命令如下：c>ipconfig/ip211.85.203.22255.255.255.0c>ipconfig/dg211.85.203.254（2）配置PC2計(jì)算機(jī)的IP地址和默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。使用命令如下：c>ipconfig/ip211.85.193.150255.255.255.0c>ipconfig/dg211.85.193.254（3）配置路由器Router1，使用命令如下：enableconfigureterminal！S0口的設(shè)置方法與靜態(tài)路由中Router1的配置方法相同，這里就不再寫出。！E0口的設(shè)置方法與靜態(tài)路由中Router1的配置方法相同，這里就不再寫出。routerripnetwork211.85.203.0network192.168.1.0（4）配置路由器Router2，使用命令如下：enableconfigureterminal！S0口的設(shè)置方法與靜態(tài)路由中Router2的配置方法相同，這里就不再寫出。！E0口的設(shè)置方法與靜態(tài)路由中Router2的配置方法相同，這里就不再寫出。routerripnetwork211.85.193.0network192.168.1.05.5虛擬專用網(wǎng)5.5.1虛擬專用網(wǎng)概述5.5.2虛擬專用網(wǎng)工作原理1.什么是虛擬專用網(wǎng)虛擬專用網(wǎng)絡(luò)(VirtualPrivateNetwork，VPN)最簡單的定義就是“在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上建立屬于自己的私有數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)”。

5.5.1虛擬專用網(wǎng)概述目前VPN主要采用四項(xiàng)技術(shù)來保證安全，這四項(xiàng)技術(shù)分別是：隧道技術(shù)(Tunneling)加解密技術(shù)(Encryption&Decryption)密鑰管理技術(shù)(KeyManagement)、使用者與設(shè)備身份認(rèn)證技術(shù)(Authentication)。1.基本概念在因特網(wǎng)中的所有路由器對目的地址是專用地址的數(shù)據(jù)報(bào)一律不進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這些專用地址是：A類：10.0.0.0到10.255.255.255B類：172.16.0.0到172.31.255.255C類：192.