計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第四章

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第四章第一頁，共37頁。主要內(nèi)容廣域網(wǎng)概述網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)第二頁，共37頁。學(xué)習(xí)要求t

了解廣域網(wǎng)的概念、組成及主要特點t

掌握網(wǎng)絡(luò)互連的概念、目的和原理t

熟悉各種網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備的功能和適用場合t

掌握網(wǎng)橋和路由器的工作原理第三頁，共37頁。5.1廣域網(wǎng)概述廣域網(wǎng)的概念廣域網(wǎng)的組成第四頁，共37頁。5.1.1廣域網(wǎng)的概念廣域網(wǎng)是指將分布全國、甚至全球范圍內(nèi)的各種局域網(wǎng)、計算機(jī)和終端等互連在一起的計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)。也稱作主干網(wǎng)。由于廣域網(wǎng)的覆蓋范圍很廣，造價較高，一般都是由國家或者較大的電信公司出資建造的。

常見的廣域網(wǎng)有公用電話交換網(wǎng)（PSTN）、公用數(shù)據(jù)分組交換網(wǎng)（X.25)、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)、幀中繼網(wǎng)（FrameRelay)等幾種類型。第五頁，共37頁。公用電話交換網(wǎng)（PSTN）是提供電話通信服務(wù)的公用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，是國家公用通信基礎(chǔ)設(shè)施之一，由國家電信部門統(tǒng)一建設(shè)、管理和運(yùn)營。它主要提供語音通信服務(wù)，同時還提供數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)，如電報、傳真、數(shù)據(jù)交換、可視圖文等。PSTN是以模擬技術(shù)為基礎(chǔ)的電路交換網(wǎng)絡(luò)。公用數(shù)據(jù)分組交換網(wǎng)（X.25）是一種采用分組交換技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)。第六頁，共37頁。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）是一種利用數(shù)字信道（光纖、數(shù)字微波、衛(wèi)星）和數(shù)字交叉復(fù)用技術(shù)組成的、以傳輸數(shù)字信號為主的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。幀中繼（FrameRelay）是一種快速分組交換網(wǎng)。第七頁，共37頁。廣域網(wǎng)往往采用樹型結(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)組合起來的復(fù)合型結(jié)構(gòu)。如下圖所示圖5.1廣域網(wǎng)示例第八頁，共37頁。廣域網(wǎng)具有如下特點：

－覆蓋范圍廣，可達(dá)數(shù)百、甚至數(shù)千公里。－數(shù)據(jù)傳輸速率較低，其典型速率從56Kbps到155Mbps，但目前已有622Mbps、2.4Gbps甚至更高速率的廣域網(wǎng)。－使用多種傳輸媒體，有線媒體有光纖、雙絞線和同軸電纜等，無線媒體有微波、衛(wèi)星、紅外線和激光等。－數(shù)據(jù)傳輸延時大，例如衛(wèi)量信道的延時可達(dá)幾秒鐘。－數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量不高，例如誤碼率較高。－廣域網(wǎng)管理和維護(hù)較為困難。第九頁，共37頁。5.2網(wǎng)絡(luò)互連網(wǎng)絡(luò)互連概述網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備第十頁，共37頁。5.2.1網(wǎng)絡(luò)互連概述網(wǎng)絡(luò)互連是指將兩個或兩個以上的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，通過一定的方法，用一種或多種通信處理設(shè)備相互連接起來，以構(gòu)成更大的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。用于網(wǎng)絡(luò)互連的設(shè)備被稱為中繼系統(tǒng)或網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備。第十一頁，共37頁。網(wǎng)絡(luò)互連的目的是實現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的資源共享和不同網(wǎng)絡(luò)上用戶之間的信息交換，其主要內(nèi)容是網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展。網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展的主要原因表現(xiàn)在以下幾個方面：擴(kuò)展覆蓋范圍。由于局域網(wǎng)受到傳輸媒體、通信設(shè)備等限制，其通信距離總是有一定限制的，通過網(wǎng)絡(luò)互連，可以擴(kuò)展其通信距離。形成更大的網(wǎng)絡(luò)。一個計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)所能連接的計算機(jī)數(shù)量總是有限的，通過互連，能增加連接網(wǎng)絡(luò)的計算機(jī)的數(shù)量，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。提高網(wǎng)絡(luò)的性能。隨著網(wǎng)絡(luò)的廣泛應(yīng)用，人們要求更快的傳輸速度、更短的響應(yīng)時間和更多的業(yè)務(wù)，通過互連，可以大大提高網(wǎng)絡(luò)的整體性能。第十二頁，共37頁。常用的網(wǎng)絡(luò)互連的形式主要有以下三種：局域網(wǎng)與局域網(wǎng)的互連（LAN-LAN），例如以太網(wǎng)與令牌環(huán)網(wǎng)之間的互連。局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互連（LAN-WAN，LAN-WAN-LAN），例如通過公用電話網(wǎng)、分組交換網(wǎng)或幀中繼網(wǎng)等連接遠(yuǎn)程局域網(wǎng)。廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互連（WAN-WAN），例如專用廣域網(wǎng)與公用廣域網(wǎng)的互連。第十三頁，共37頁。網(wǎng)絡(luò)互連原則：要在異種網(wǎng)中具有相同協(xié)議的對應(yīng)層之間進(jìn)行協(xié)議的轉(zhuǎn)換，并且該對應(yīng)層之上不再存在協(xié)議不同的對應(yīng)層。圖5.2網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)模型第十四頁，共37頁。5.2.2網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備根據(jù)互連層次的不同，網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備可以分為:中繼器、集線器(物理層)網(wǎng)橋、二層交換機(jī)(數(shù)據(jù)鏈路層)路由器、三層交換機(jī)(網(wǎng)絡(luò)層）網(wǎng)關(guān)（ISO模型的高四層）第十五頁，共37頁。1．中繼器中繼器是工作于OSI模型物理層的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，它可以互連數(shù)據(jù)鏈路層及以上層次協(xié)議相同的網(wǎng)絡(luò)，一般用于增加局域網(wǎng)的覆蓋范圍。圖5.3中繼器互聯(lián)模型第十六頁，共37頁。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍會因為信號的衰減而受到限制，為了擴(kuò)大信號的傳輸距離，在網(wǎng)段間可以使用中繼器設(shè)備，它接收網(wǎng)上的所有信號，并將其放大、整形和恢復(fù)，并將再生的信號發(fā)送出去，從而擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)跨距。雖然中繼器把一個網(wǎng)絡(luò)的延伸范圍擴(kuò)大了，但從網(wǎng)絡(luò)層看仍然是一個網(wǎng)絡(luò)。對于傳統(tǒng)以太網(wǎng)來講，由于受時延、距離的限制，任意兩個網(wǎng)上工作站所經(jīng)過的中繼器最多不能超過4個。第十七頁，共37頁。集線器實際上是一個多端口的中繼器。集線器接收到數(shù)據(jù)包后簡單地向所有端口轉(zhuǎn)發(fā)。集線器與交換機(jī)的區(qū)別？作業(yè)，自已總結(jié)。第十八頁，共37頁。2．網(wǎng)橋網(wǎng)橋也稱為橋接器，是工作于OSI模型數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，它可以互連網(wǎng)絡(luò)層及以上層次協(xié)議相同的網(wǎng)絡(luò)。一般用于互連兩個相同類型或者不同類型的局域網(wǎng)。圖5.4網(wǎng)橋互聯(lián)模型第十九頁，共37頁。網(wǎng)橋在延長網(wǎng)絡(luò)跨度上類似于中繼器，但它能提供智能化連接服務(wù)，即根據(jù)幀的終點地址所處于的網(wǎng)段來進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和濾除。工作原理：當(dāng)網(wǎng)橋收到數(shù)據(jù)幀時，它根據(jù)數(shù)據(jù)幀中所帶的目的MAC地址查找其內(nèi)部MAC地址站點與端口連接關(guān)系表，以確定該向哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。站點與端口連接關(guān)系表簡稱為站連表，是網(wǎng)橋通過不斷地“自學(xué)習(xí)”所獲得的端口與MAC地址站點的連接信息。第二十頁，共37頁。圖5.5網(wǎng)橋工作原理第二十一頁，共37頁。由于網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，由網(wǎng)橋所連接的以太網(wǎng)段處于不同的碰撞域，這樣它連接的以太局域網(wǎng)理論上可以不受以太網(wǎng)覆蓋范圍的局限。采用網(wǎng)橋的好處是擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)，而且具有信息過濾功能，效率高，配置簡單。網(wǎng)橋?qū)嶋H上是二層交換機(jī)的別名。第二十二頁，共37頁。3．路由器路由器是工作在OSI模型網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，它實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層以及以下各層的協(xié)議轉(zhuǎn)換。路由器通常用來實現(xiàn)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的互連或者實現(xiàn)在同一點兩個以上的局域網(wǎng)的互連。圖5.6路由器互聯(lián)模型第二十三頁，共37頁。路由器的作用類似于網(wǎng)橋，但是它的功能比網(wǎng)橋強(qiáng)得多。路由器根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層地址進(jìn)行信息的轉(zhuǎn)發(fā)，其功能主要有兩個：路由選擇和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，除此之外，還有負(fù)載均衡、流量控制、網(wǎng)絡(luò)和用戶管理等功能，能夠隔離廣播域，阻止“廣播風(fēng)暴”傳遞到整個網(wǎng)絡(luò)，具有更強(qiáng)的異種局域網(wǎng)互連能力。

三層交換機(jī)實際是一種路由器。第二十四頁，共37頁。當(dāng)源主機(jī)通過通信子網(wǎng)向目的主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)分組時，可能需要通過若干中間設(shè)備（路由器），所經(jīng)過的每臺路由器必須知道為了把信息分組從源端發(fā)送到目的端，需要將分組交給（與它相連的）下一個路由器的地址。每一個路由器中都有一張路由表，用來記錄到達(dá)目標(biāo)地址的下一個路由器的地址。路由表（目的地址，下一跳）路由表通過路由選擇算法建立并維護(hù)。路由計算方法分為靜態(tài)路由和動態(tài)路由兩種。（1）路由選擇第二十五頁，共37頁。圖5.8每個交換機(jī)結(jié)點的路由表圖5.7三層交換機(jī)節(jié)點組成的廣域網(wǎng)第二十六頁，共37頁。分析圖5.8所示的路由表，可以發(fā)現(xiàn)表中有很多個重復(fù)的項。這種情況下，搜索路由表會很費(fèi)時。為了減少路由表中的重復(fù)項，大部分廣域網(wǎng)中都采用了一種消除重復(fù)路由的機(jī)制。這種機(jī)制用一個項來代替路由表中許多具有相同下一跳值的項，稱為缺省路由（DefaultRoute）。圖5.9簡化后的路由表第二十七頁，共37頁。圖5.10路由器工作原理第二十八頁，共37頁。路由器在收到數(shù)據(jù)分組時，首先取出數(shù)據(jù)分組中的目的IP地址，查找路由表判斷端口所連接的是否是目的子網(wǎng)，如果是目的子網(wǎng)，就直接把分組通過端口送到網(wǎng)絡(luò)上；如果不是目的子網(wǎng)，則通過下一路由器來轉(zhuǎn)發(fā)。如果路由表中查找不到目的IP地址，路由器會將數(shù)據(jù)分組送向它的缺省網(wǎng)關(guān)處理。路由器通過逐跳的轉(zhuǎn)發(fā)，最終將數(shù)據(jù)分組送往目的地。對于無法轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)分組，路由器將丟棄它。（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)第二十九頁，共37頁。從實際應(yīng)用來看，路由器可以分兩大類：簡易路由器和專用路由器，大多數(shù)路由器可以支持多種路由選擇協(xié)議，并提供多種類型的接口。簡易路由器一般由微機(jī)插入多協(xié)議轉(zhuǎn)換卡并運(yùn)行相應(yīng)路由器仿真軟件來仿真路由器的功能，價格相對較為便宜。專用路由器由專用路由器生產(chǎn)廠商生產(chǎn)，屬于一種專用硬件設(shè)備，協(xié)議軟件內(nèi)置在硬件之中，應(yīng)用方便，價格相對較為昂貴。第三十頁，共37頁。使用路由器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互連具有如下優(yōu)點：適用于大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)；適用于在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中提供最優(yōu)路徑；能很好地處理多媒體信息；網(wǎng)絡(luò)安全性高；能隔離不需要的通信量；節(jié)省局域網(wǎng)的帶寬；可減少主機(jī)負(fù)擔(dān)。路由器也有一些缺點，它價格較高，不支持非路由協(xié)議，安裝和調(diào)試比較復(fù)雜；另外數(shù)據(jù)分組需要軟件處理，容易成為瓶頸。路由器與交換機(jī)的區(qū)別？作業(yè)，自已總結(jié)。第三十一頁，共37頁。4．網(wǎng)關(guān)網(wǎng)關(guān)又稱為協(xié)議轉(zhuǎn)換器，它是工作于OSI參考模型高層（網(wǎng)絡(luò)層以上）的網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備，負(fù)責(zé)高層協(xié)議的轉(zhuǎn)換，通常用于廣域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互連、網(wǎng)絡(luò)與大型主機(jī)系統(tǒng)的互連等。圖5.11網(wǎng)關(guān)互聯(lián)模型第三十二頁，共37頁。現(xiàn)在有很多的硬件網(wǎng)關(guān)設(shè)備，但從根本上說，網(wǎng)關(guān)不能歸為一種網(wǎng)絡(luò)硬件，它是能夠連接不同網(wǎng)絡(luò)的軟件和硬件的結(jié)合產(chǎn)品，來實現(xiàn)不同協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。其中硬件提供不同網(wǎng)絡(luò)的接口，軟件實現(xiàn)不同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。

第三十三頁，共37頁。常見的網(wǎng)關(guān)有如下幾種：應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)。通過應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)可以實現(xiàn)兩種不同類型操作系統(tǒng)之間的互操作。例如NetWare操作系統(tǒng)與UNIX操作系統(tǒng)互操作時就需要應(yīng)用系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)。電子郵件網(wǎng)關(guān)。通過電子郵件網(wǎng)關(guān)可以從一種類型的郵件系統(tǒng)向另一種類型的郵件系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)和電子郵件。例如因特網(wǎng)上用簡單郵件傳輸協(xié)議（SMTP）進(jìn)行電子郵件傳輸，如果要與微軟的Exchange進(jìn)行互通，則需要電子郵件網(wǎng)關(guān)。第三十四頁，共37頁。數(shù)據(jù)庫網(wǎng)關(guān)。