網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)

本章學(xué)習(xí)要求：了解：網(wǎng)絡(luò)互連的基本概念

掌握：網(wǎng)絡(luò)互連的類型與層次

掌握：典型網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備的工作原理

了解：第三層交換技術(shù)與應(yīng)用第1頁(yè)/共49頁(yè)消除息孤島多種網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)并存有時(shí)需要把大的LAN劃分成更小的LAN網(wǎng)絡(luò)的安全可靠性的需要

6.1網(wǎng)絡(luò)互連的基本概念

為什么要互連？第2頁(yè)/共49頁(yè)6.1.1網(wǎng)絡(luò)互連的概念

網(wǎng)絡(luò)互連（Internetworking）是指將分布在不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備相連接，以構(gòu)成更大規(guī)模的互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并實(shí)現(xiàn)互連網(wǎng)絡(luò)資源的共享；互連的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備可以是同種類型的網(wǎng)絡(luò)、不同類型的網(wǎng)絡(luò)，以及運(yùn)行不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的設(shè)備與系統(tǒng)。

第3頁(yè)/共49頁(yè)同構(gòu)網(wǎng)絡(luò)：指互聯(lián)的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)從應(yīng)用層到邏輯鏈路控制子層，相對(duì)應(yīng)的層次采用相同的協(xié)議，而對(duì)數(shù)據(jù)鏈路層中的MAC子層和物理層這兩層中的對(duì)應(yīng)層次可遵循不同的協(xié)議。異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)：是指不同類型網(wǎng)絡(luò)，這些網(wǎng)絡(luò)至少?gòu)木W(wǎng)絡(luò)層到物理層的協(xié)議都不相同，甚至從應(yīng)用層到物理層所有各層對(duì)應(yīng)層次的協(xié)議都不相同。第4頁(yè)/共49頁(yè)6.1.2網(wǎng)絡(luò)互連的要求

不同網(wǎng)絡(luò)互連要解決以下幾個(gè)方面問(wèn)題：(1)不同的編址方案每種網(wǎng)絡(luò)有不同的端點(diǎn)名字、編址方法與目錄保持方案，需要提供全局網(wǎng)絡(luò)編址方法與目錄服務(wù)。(2)不同的分段(最大分組尺寸)在互連的網(wǎng)絡(luò)中，分組從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳送到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，往往需要分成幾部分，這稱為分段。(3)不同的網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)機(jī)制對(duì)于不同的網(wǎng)絡(luò)，訪問(wèn)控制機(jī)制可能是相同的，也可能是不同的。第5頁(yè)/共49頁(yè)(4)不同的超時(shí)面向連接的傳送服務(wù)總要等待應(yīng)答響應(yīng)，如超時(shí)后仍沒(méi)有接到響應(yīng)，則需要重傳。但在互連的網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳送有時(shí)需要經(jīng)過(guò)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)，這需要更長(zhǎng)的時(shí)間，因此應(yīng)設(shè)定合適的超時(shí)值，以防止引起不必要的超時(shí)重傳。(5)差錯(cuò)恢復(fù)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)有不同的差錯(cuò)恢復(fù)功能，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)既不應(yīng)依賴也不應(yīng)影響各個(gè)網(wǎng)絡(luò)原來(lái)的差錯(cuò)恢復(fù)能力。(6)狀態(tài)報(bào)告不同的網(wǎng)絡(luò)有不同的狀態(tài)報(bào)告，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)還應(yīng)提供網(wǎng)絡(luò)互連的狀態(tài)報(bào)告信息。第6頁(yè)/共49頁(yè)(7)路由選擇技術(shù)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的路徑選擇一般依靠各個(gè)網(wǎng)絡(luò)特有的差錯(cuò)檢測(cè)與擁塞控制技術(shù)，而互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有在不同網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行路由選擇的能力。(8)用戶訪問(wèn)控制不同的網(wǎng)絡(luò)有不同的用戶訪問(wèn)控制方法，用于管理用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的訪問(wèn)權(quán)限?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)也需要具有對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)的用戶訪問(wèn)權(quán)限的控制能力。(9)連接和無(wú)連接服務(wù)不同的網(wǎng)絡(luò)可能提供面向連接的服務(wù)，或無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)。互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)不應(yīng)該依賴于原來(lái)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)所提供的服務(wù)類型。第7頁(yè)/共49頁(yè)網(wǎng)絡(luò)互連的功能

基本功能基本功能是指網(wǎng)絡(luò)互連所必需的功能，包括不同網(wǎng)絡(luò)之間傳送數(shù)據(jù)時(shí)的尋址與路由功能選擇等功能；擴(kuò)展功能擴(kuò)展功能是指當(dāng)互連的網(wǎng)絡(luò)提供不同的服務(wù)類型時(shí)所需的功能，包括協(xié)議轉(zhuǎn)換、分組長(zhǎng)度變換、分組重新排序及差錯(cuò)檢測(cè)等功能。

第8頁(yè)/共49頁(yè)6.2網(wǎng)絡(luò)互連的類型與層次

6.2.1網(wǎng)絡(luò)互連的類型１．局域網(wǎng)－局域網(wǎng)互連（LAN—LAN）２．局域網(wǎng)－廣域網(wǎng)互連（LAN—WAN）３．廣域網(wǎng)－廣域網(wǎng)互連（WAN—WAN）４．局域網(wǎng)－廣域網(wǎng)－局域網(wǎng)互連（LAN–WAN–LAN）第9頁(yè)/共49頁(yè)LAN—LAN橋接器橋接器路由器第10頁(yè)/共49頁(yè)LAN—WANWANLAN路由器第11頁(yè)/共49頁(yè)WAN—WANWANWANWANWAN路由器路由器路由器第12頁(yè)/共49頁(yè)LAN–WAN–LANWANLANLANLAN路由器第13頁(yè)/共49頁(yè)6.2.2網(wǎng)絡(luò)互連的層次互連（Interconnection）是指在兩個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)之間至少有一條在物理上連接的線路，但不能保證兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)一定能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，這取決于兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信協(xié)議是否相互兼容；互通（Intercommunication）是指兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間可以交換數(shù)據(jù)；互操作（Interoperability）是指網(wǎng)絡(luò)中不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間具有透明訪問(wèn)對(duì)方資源的能力；第14頁(yè)/共49頁(yè)注意：互連是基礎(chǔ)互通是手段互操作是目的第15頁(yè)/共49頁(yè)網(wǎng)絡(luò)互連的層次

從協(xié)議的層次看，可以把網(wǎng)絡(luò)互連分成下列層次：

·物理層互連，使用中繼器或轉(zhuǎn)發(fā)器（repeater）。中繼器用于同種網(wǎng)絡(luò)的物理層上，對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行再生和發(fā)送，擴(kuò)大一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的作用范圍。

第16頁(yè)/共49頁(yè)

中繼器主要用于擴(kuò)展傳輸距離，其功能是對(duì)從一條電纜上接收的信號(hào)進(jìn)行再生，并發(fā)送到另一條電纜上。。。。算不算真正的網(wǎng)絡(luò)互連？？第17頁(yè)/共49頁(yè)

中繼器只是網(wǎng)絡(luò)段的互聯(lián)設(shè)備而非網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)設(shè)備。中繼器也能把不同傳輸媒體的網(wǎng)絡(luò)連在一起。第18頁(yè)/共49頁(yè)中繼器實(shí)物第19頁(yè)/共49頁(yè)數(shù)據(jù)鏈路層互連，使用網(wǎng)橋或橋接器（bridge）,在數(shù)據(jù)鏈路層對(duì)幀信息進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。第20頁(yè)/共49頁(yè)網(wǎng)絡(luò)層互連，使用路由器（router），在網(wǎng)絡(luò)層存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)分組。比網(wǎng)絡(luò)層高的層次互連，使用網(wǎng)關(guān)（gateway），又稱網(wǎng)間連接器、信關(guān)或聯(lián)網(wǎng)機(jī)。由于對(duì)運(yùn)輸層及運(yùn)輸層以上的協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換，所以網(wǎng)關(guān)實(shí)際上是一個(gè)協(xié)議轉(zhuǎn)換器。它可以是雙向的，也可以是多向的。網(wǎng)關(guān)是中繼系統(tǒng)中最復(fù)雜的一種。第21頁(yè)/共49頁(yè)6.3典型網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備的工作原理

6.3.1網(wǎng)橋

網(wǎng)橋的應(yīng)用環(huán)境：一個(gè)單位的多個(gè)部門局域網(wǎng)的互連；辦公樓之間局域網(wǎng)的互連；將數(shù)千臺(tái)計(jì)算機(jī)按地理位置或組織關(guān)系劃分為多個(gè)子網(wǎng)的互連；超過(guò)單個(gè)局域網(wǎng)的最大覆蓋范圍的多個(gè)局域網(wǎng)互連；企業(yè)中部門的信息對(duì)安全、保密方面要求不同的局域網(wǎng)互連。第22頁(yè)/共49頁(yè)網(wǎng)橋的基本特征

網(wǎng)橋在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)互連；網(wǎng)橋能夠互連兩個(gè)采用不同數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、不同傳輸介質(zhì)與不同傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)橋以接收、存儲(chǔ)、地址過(guò)濾與轉(zhuǎn)發(fā)的方式實(shí)現(xiàn)互連的網(wǎng)絡(luò)之間的通信；網(wǎng)橋需要互連的網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)鏈路層以上采用相同的協(xié)議；網(wǎng)橋可以分隔兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間的廣播通信量，有利于改善互連網(wǎng)絡(luò)的性能與安全性。第23頁(yè)/共49頁(yè)注意１：網(wǎng)橋可以用于互聯(lián)符合IEEE802標(biāo)準(zhǔn)的，諸如CSMA／CD總線網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)或令牌總線網(wǎng)。第24頁(yè)/共49頁(yè)

網(wǎng)橋的作用并不僅僅能分隔網(wǎng)絡(luò)，更能改善網(wǎng)絡(luò)整體性能！注意２：第25頁(yè)/共49頁(yè)提示：當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)由于負(fù)載很重而性能下降時(shí)，可以用網(wǎng)橋把它分成兩個(gè)小局域網(wǎng)，這樣可使整個(gè)互聯(lián)網(wǎng)的性能變好。

為什么？

小局域網(wǎng)內(nèi)的通信量總是高于網(wǎng)間的通信量。第26頁(yè)/共49頁(yè)網(wǎng)橋的分類

透明網(wǎng)橋

（TransparentBridge）

透明網(wǎng)橋由各網(wǎng)橋自己來(lái)決定路由選擇，局域網(wǎng)上的各結(jié)點(diǎn)不負(fù)責(zé)路由選擇；源路徑(源路選）網(wǎng)橋

（SourceRoutingBridge）

源路徑網(wǎng)橋由發(fā)送幀的源結(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)路由選擇。即網(wǎng)橋假定了每個(gè)結(jié)點(diǎn)在發(fā)送幀時(shí)都已經(jīng)清楚地知道發(fā)往各個(gè)目的結(jié)點(diǎn)的路由，源結(jié)點(diǎn)在發(fā)送幀時(shí)需要將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部。思考：源站如何選擇路由？

第27頁(yè)/共49頁(yè)網(wǎng)橋與廣播風(fēng)暴

第28頁(yè)/共49頁(yè)6.3.2路由器

路由器是在網(wǎng)絡(luò)層上實(shí)現(xiàn)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連的設(shè)備；局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層與物理層可以是不同的，但數(shù)據(jù)鏈路層以上的高層要采用相同的協(xié)議；

路由器可以有效地隔離多個(gè)局域網(wǎng)的廣播通信量，每一個(gè)局域網(wǎng)都是獨(dú)立的子網(wǎng)。第29頁(yè)/共49頁(yè)路由器實(shí)物第30頁(yè)/共49頁(yè)路由器的工作原理

第31頁(yè)/共49頁(yè)多協(xié)議路由器的工作原理

第32頁(yè)/共49頁(yè)典型的路由器產(chǎn)品

Cisco公司的Cisco系列路由器3Com公司的OfficeConnectNetBuilder系列Nortel公司的Accelar系列Intel公司的ExpressRouter系列華為公司的Quidway系列

第33頁(yè)/共49頁(yè)典型企業(yè)網(wǎng)結(jié)構(gòu)第34頁(yè)/共49頁(yè)6.3.3網(wǎng)關(guān)

第35頁(yè)/共49頁(yè)網(wǎng)關(guān)的基本類型

網(wǎng)關(guān)通過(guò)使用適當(dāng)?shù)挠布c軟件實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換功能；硬件提供不同網(wǎng)絡(luò)的接口，軟件實(shí)現(xiàn)不同互連網(wǎng)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換。

第36頁(yè)/共49頁(yè)網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換的方法

網(wǎng)關(guān)直接將輸入網(wǎng)絡(luò)的信息包的格式轉(zhuǎn)換成輸出網(wǎng)絡(luò)信息包的格式；第37頁(yè)/共49頁(yè)網(wǎng)關(guān)要進(jìn)行n(n-1)種協(xié)議轉(zhuǎn)換！N越大，協(xié)議轉(zhuǎn)換增加越快！如何簡(jiǎn)化？第38頁(yè)/共49頁(yè)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)n(n-1)？？第39頁(yè)/共49頁(yè)6.4第三層交換技術(shù)與應(yīng)用

6.4.1第三層交換產(chǎn)生的背景

增加網(wǎng)絡(luò)帶寬與提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的解決途徑可以有兩個(gè)：一是采用光纖作為傳輸介質(zhì)，增加傳輸通道的帶寬；二是研究出性能更優(yōu)越的路由器產(chǎn)品，提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換能力;高性能的網(wǎng)絡(luò)路由器設(shè)備是網(wǎng)絡(luò)硬件制造商重點(diǎn)研究的問(wèn)題之一;將交換機(jī)制引入路由器的設(shè)計(jì)中，大幅度縮短路由器對(duì)數(shù)據(jù)包的處理時(shí)間，提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換能力，由此產(chǎn)生了第三層交換的概念。第40頁(yè)/共49頁(yè)6.4.2網(wǎng)橋、交換機(jī)與第二層交換

局域網(wǎng)交換機(jī)與傳統(tǒng)的集線器相比較，具有低數(shù)據(jù)傳輸延遲、高傳輸帶寬的明顯優(yōu)點(diǎn)；網(wǎng)橋的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)功能是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，而局域網(wǎng)交換機(jī)的數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)功能是通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的；第41頁(yè)/共49頁(yè)局域網(wǎng)交換機(jī)可以起到網(wǎng)橋的作用，同時(shí)又具有低交換傳輸延遲、高傳輸帶寬的優(yōu)點(diǎn)；通過(guò)硬件結(jié)構(gòu)，使得局域網(wǎng)交換機(jī)的數(shù)據(jù)幀處理的延遲時(shí)間由網(wǎng)橋的幾百個(gè)μs減少到幾十μs。第42頁(yè)/共49頁(yè)6.4.3第三層交換技術(shù)與產(chǎn)品

第三層交換技術(shù)：將局域網(wǎng)交換機(jī)的設(shè)計(jì)思想應(yīng)用在路由器的設(shè)計(jì)中，就出現(xiàn)了第三層交換的概念；通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)第三層交換的路由器，在網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議類型上受到一定的限制。

第43頁(yè)/共49頁(yè)傳統(tǒng)的路由器通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)路由選擇功能，而第三層交換的路由器通過(guò)專用集成電路芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)路由選擇功能，將數(shù)據(jù)包處理時(shí)間從傳統(tǒng)路由器的幾千μs減少到幾十μs，大大縮短數(shù)據(jù)包在交換設(shè)備中的傳輸延遲時(shí)間；典型的第三層交換產(chǎn)品

Cabletron公司的SmartSwitch系列路由器

Foundry公司的BigIron系列與SererIron系列交換機(jī)PacketEngines公司的PowerRail系列交換式路由器Cisco公司的4000系列、5000系列、6000系列與8000系列交換式路由器

小結(jié)

網(wǎng)絡(luò)互連是將分布在不同地理位置的網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)，以構(gòu)成更大規(guī)模的互連網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)互連網(wǎng)絡(luò)資源的共享；網(wǎng)絡(luò)互連類型主要有：局域網(wǎng)-局域網(wǎng)互連、局域網(wǎng)-廣域網(wǎng)互連、局域網(wǎng)-廣域網(wǎng)-局域網(wǎng)互連，以及廣域網(wǎng)-廣域網(wǎng)互連；根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層次的結(jié)構(gòu)模型，網(wǎng)絡(luò)互連的層次可以分為：在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)互連、在網(wǎng)絡(luò)層實(shí)現(xiàn)互連，以及在傳輸層及以上的各層實(shí)現(xiàn)互連；基本的互連的設(shè)備有網(wǎng)橋、路由器與網(wǎng)關(guān)；

網(wǎng)橋是在數(shù)據(jù)鏈路層上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連