计算机网络技术课件(第6章)网络互联技术.ppt

《计算机网络技术课件(第6章)网络互联技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络技术课件(第6章)网络互联技术.ppt（69页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、计算机网络技术（Ver4）,第六章 网络互联技术,【摘要】按照OSI七层模型的分层原则和各层的协议，网络设备以不同的方式工作在不同层上，又按照网络协议在物理上或逻辑上互相连接在同一个网络运行平台上，并采用多种网络互联技术和互联方案，构成了各种功能和规模庞大的网络，因此，了解这些网络设备的特性和互联技术，是设计、建立和管理一个网络的关键。,第六章 网络互联技术,训教重点网络互连、网络互联、网络互连设备如中继器、网桥、HUB、交换机、路由器等网络互联中的技术概念如广播域、冲突域、VLAN中继协议、STP生成树协议等路由表、网关 能力目标掌握网络互连技术中的基本原理和概念掌握网络互连中各种设备的功能

2、、互连方式和作用掌握简单的网络互连方案设计,6.1 网络互连技术,6.2 网络互连设备,6.3 网络互联的几个重要概念,6.4 网络互连实例,第六章 网络互联技术,第六章 网络互联技术,6.1 网络互连技术,6.1.1 网络互连的概念,（1）网络互连（Interconnection）是指将分布在不同地理位置的网络，通过一定的方法，用一种或多种通信处理设备相互连接起来，以构成更大规模的网络系统，并实现更大范围的资源共享。也可以为增加网络性能和易于管理而将一个规模很大的网络划分为几个子网或网段。（2）网络互联（Internetworking）是指网络设备间在物理和逻辑上尤其是指逻辑上的联接。（3）

3、网络互通（Inter-switch communication）是指网络上的设备可以进行数据交换。（4）网络互操作（Interoperability）是指网络中的不同计算机系统之间具有透明地访问对方资源的能力。,第六章 网络互联技术,6.1 网络互连技术,6.1.2 网络互连的优点,（1）提高网络的性能。将一个大局域网分割成若干个较小的局域网，整个互连的网络性能将比只有一个大局域网好得多。（2）降低成本。当同一地区的多台主机希望接入另一地区的某个网络时，采用主机先行联网（局域网或者广域网），再通过网络互连技术达到目的，可以大大降低联网成本。（3）提高安全性。将具有相同权限的用户主机组成一个网络

4、，在网络互连设备上严格控制其他用户对该网的访问，从而实现网络的安全机制。（4）提高可靠性。设备的故障可能导致整个网络的瘫痪，而通过子网的划分可以有效地限制设备故障对网络的影响范围。,第六章 网络互联技术,6.1 网络互连技术,6.1.3 网络互连功能,（1）寻址方法（2）报文分组长度（3）网络连接方法（4）超时控制方法（5）差错控制方法（6）路由选择方法（7）用户连接控制方法（8）管理与控制方式（9）流量控制方法（10）状态报告方法（11）服务类型,第六章 网络互联技术,6.1 网络互连技术,6.1.4 网络互连类型,1局域网与局域网的互连 LAN-LAN互连是指近程局域网的互连，其中又包括同

5、种局域网之间的互连和异种局域网之间的互连。例如：使用中继器、集线器等设备就可以实现多个近程局域网的连接；使用网桥、二层交换机等设备可以实现一个局域网和令牌环网的连接。,第六章 网络互联技术,6.1 网络互连技术,6.1.4 网络互连类型,2局域网和广域网的互连 局域网和广域网的连接可以采用多种接入技术，如通过Modem、ISDN、DDN、ADSL等。在接入时，采用在局域网和广域网之间增设代理服务器或路由器的方法进行网络隔离和路由选择、流量控制等。3广域网与广域网的互连 广域网可分为两类。一类是指电信部门提供的电话网或数据网络。如X.25、PSTN、DDN、FR和宽带综合业务数字网。另一类是分布

6、在同一城市、同一省或同一国家的专有广域网，这类广域网的通信子网和资源子网分别属于不同的机构，如通信子网属于电信部门、资源子网属于专有部门。,第六章 网络互联技术,6.1 网络互连技术,6.1.4 网络互连类型,4局域网通过广域网与局域网的互连 这种类型的互连是多个远程的局域网通过公用的广域网进行的互连。一般使用路由器和网关通过广域网ISDN、DDN、X.25等实现,【图例】,第六章 网络互联技术,6.1 网络互连技术,6.1.5 网络互连层次,1互连中继系统的分层结构 中继器运行在OSI模型的最底层上，它扩展了网络传输的长度，是最简单的网络互连设备；网桥互连实现数据链路层一级的转换，它用于同一

7、类型的网络互连；路由器工作在网络层上，通常它只能连接相同协议的网络；网关是运行在OSI模型的高层上的互连设备，执行协议的转换，实现不同协议的网络间的通信。,【图例】,第六章 网络互联技术,6.1 网络互连技术,6.1.5 网络互连层次,2分层中继系统的功能（1）物理层。物理层是以比特形式传送数据分组的，在传输过程中，数据分组可能需要从一种传输介质转换到另一种传输介质，通过物理层的互连，可以实现数据在不同媒体中的转换和传输，使得在数据链路层上系统基本上是一个单一的网络。物理层互连要求所要连接的各网络的数据传输速率和数据链路层协议必须是相同的。物理层互连主要用于分布在不同地理范围内的各局域网的互连

8、。物理层中继系统可用中继器或共享式集线器互连。（2）数据链路层。数据链路层是以帧为单位接收或传送数据的。实现的过程是：当从一条链路上收到一个帧后，先检查数据链路层的协议帧，如果帧的格式相同，直接将帧传送到另一条链路上，如果帧的格式不同，则需要先进行帧的格式转换再传输。,第六章 网络互联技术,6.1 网络互连技术,6.1.5 网络互连层次,2分层中继系统的功能 数据链路层互连可以用于互连两个或多个数据链路层协议不同而网络层协议相同的网络系统。数据链路层中继系统可用网桥或二层交换机互连。（3）网络层。网络层互连主要用于局域网子网隔离、局域网和广域网及广域网之间的互连。由于各广域网的协议机制往往不同

9、，所以，网络层互连主要解决的问题是路由选择、阻塞控制和差错控制等。网络层中继系统可用路由器和三层交换机互连。（4）高层。由于OSI的高层包括会话层、表示层、应用层三个层次，高层解决的是端对端服务问题，高层没有相应统一的标准协议，所以对高层互连来说，是复杂多样的。但高层的核心还是在高层之间进行不同协议的转换。高层上的中继系统可用网关（Gateway）互连。,第六章 网络互联技术,6.1 网络互连技术,6.1.5 网络互连层次,3利用中继系统实现网络互连的形式（1）直接利用中继系统实现网络互连 由于一个网络的主要组成部分是结点（即数据通讯设备DCE）和主机（即数据终端设备DTE）。因此，可以形成两

10、种互连方式：结点级（或DCE级）互连（DCE-DCE Interconnection）。结点级（或DCE级）互连，把中继系统连接到不同的结点上，这时，网络N1和N2都把中继系统看作是一台主机H，并通过它实现相互通信。这样，网络N1和网络N2中的通信子网和连接它们的中继系统便构成了一个互连的通信子网，它们在数据链路层或网络层实现互连。这种方式较适合于具有相同交换方式的网络互连。例如X.25公用数据交换网之间、局域网之间均可采用结点级方式互连。,第六章 网络互联技术,6.1 网络互连技术,6.1.5 网络互连层次,3利用中继系统实现网络互连的形式（1）直接利用中继系统实现网络互连 结点级（或DCE

11、级）互连（DCE-DCE Interconnection）。,第六章 网络互联技术,6.1 网络互连技术,6.1.5 网络互连层次,3利用中继系统实现网络互连的形式（1）直接利用中继系统实现网络互连 主机级（或DTE级）互连（DTE-DTE Interconnection）。这种互连是把中继系统连接到不同网络的主机上，由于互连发生在主机上，因此称为主机级（或DTE级）互连。主机级互连相当于在传输层或传输层以上的层次进行互连，所以此时的中继系统必须能实现传输层或传输层以上的协议转换，必须使用网关。这种互连方式主要用于不同类型网络的互连。,第六章 网络互联技术,6.1 网络互连技术,6.1.5 网

12、络互连层次,3利用中继系统实现网络互连的形式（2）通过互联网进行网络互连 当通过网关将网络N1和网络N2互连时，需要两个协议转换程序，一个把网络N1的协议转换为网络N2的协议；另一个则把网络N2的协议转换为网络N1的协议。若互连的网络共有n个，则这种转换程序最多可达n（n-1）个。因此，需要设计出非常多的协议转换程序才能使网关胜任网络互连的任务。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.1 中继器,1中继器 中继器（Repeater）又称转发器，是物理层的互连设备，执行物理层协议。中继器在OSI/RM中的位置如图6-5（a）所示。其功能是在物理层内实现透明的二进制比特信号的再生，即

13、中继器从一个网段接收比特信号，然后进行整形放大再传送到下一个网段。作为一种网络互连部件，中继器用于互连两个相同类型的网段（例如：两个以太网网段），其主要功能是延伸网段和改变传输介质，从而实现信息位的转发。,【图例】,【案例】,【图例】,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.1 中继器,2集线器 集线器（HUB）是10Base-T和100Base-TX网络中常用的设备，在本质上也是一种中继器，所以也是位于物理层的设备。使用集线器可以将一组客户机和服务器连接在一起，在某一时刻集线器以“共享”信道的方式向客户机提供全部带宽。即在同一时刻，只为网络上的一个客户服务。连接端口的所有计算机仍

14、然采用CSMA/CD方式竞争带宽的使用。当连接的计算机越来越多时，大家竞争使用带宽的情况就越来越激烈，因此每台计算机平均能抢到的概率越来越小，而且如果集线器发生故障，则整个网络将处于故障状态而无法运行。,【案例】,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.1 中继器,3集线器的分类（1）按传输速率可分为：10Mbps、100Mbps、10/100Mbps自适应集线器。（2）按集线器的结构可分为：独立式集线器、堆叠式集线器、箱体式集线器。（3）按供电方式可分为：有源和无源集线器。（4）按有无管理功能可分为：无网管功能和智能型集线器。（5）按端口数量可分为：8口、16口、24口、32口集

15、线器。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.1 中继器,4集线器组网的方式（1）单一集线器结构 使用单一集线器的以太网结构很简单，所有结点通过非屏蔽双绞线与集线器普通端口连接，构成物理上的星型拓扑。从结点到集线器的非屏蔽双绞线的最大长度为100m。单一集线器结构适用于小型工作组规模的局域网。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.1 中继器,4集线器组网的方式（2）多集线器级联结构 联网的结点数超过单一集线器的端口数时，通常需要采用多集线器级联结构。普通的集线器一般都能提供两类端口：一类是用于连接结点的RJ-45端口；另一类是上行端口，包括连接粗缆的AUI端口、连

16、接细缆的BNC端口或光纤连接端口。,【图例】,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.1 中继器,4集线器组网的方式（3）堆叠式集线器结构 堆叠式集线器适用于中、小型企业网络环境。堆叠式集线器由一个基础集线器和多个扩展集线器组成。基础集线器是一种具有网络管理功能的独立集线器。通过在基础集线器上堆叠多个扩展集线器，一方面可以增加以太网的结点数，另一方面可以实现对网络中结点的网络管理功能。,【图例】,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.2 网桥,网桥也称桥接器，是数据链路层的连接设备，准确地说，它工作在MAC子层上，用它可以连接两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与

17、不同传输速率的网络。网桥在两个局域网的数据链路层（DDL）间按帧传送信息，一般情况下，被连接的网络系统都具有相同的逻辑链路控制规程（LLC），但媒体访问控制协议（MAC）可以不同。,【图例】,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.2 网桥,1网桥的工作原理 两个局域网LAN1和LAN2可以通过网桥连接。LAN1中地址为201的结点，如果想与地址为202的同一局域网结点通信时，网桥可以接收到发送帧，但网桥在进行地址过滤后，认为属于同一网络的通信，不需要进行转发，而将该帧丢弃，所以结点201发送的帧不会被转发到LAN2。如果结点201要与LAN2中的结点104通信，结点201发送的帧

18、被网桥接收到，网桥在进行地址过滤后，识别出该帧应发送到LAN2，此时网桥将通过与LAN2的网络接口，向LAN2转发该帧，处于LAN2内的结点104将能接收到该帧。从用户看来，LAN1与LAN2就像是一个逻辑的网络一样，用户可以不知道网桥的存在，即网桥对用户来说是透明的。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.2 网桥,1网桥的工作原理,网桥与中继器不同，网桥处理的是一个完整的帧，具有帧过滤、存储和转发的能力，并使用和计算机相同的接口设备。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.2 网桥,2网桥的功能在互连局域网之间存储转发帧，实现数据链路层上的协议转换：（1）对收到

19、的帧进行格式转换，以适应不同的局域网类型。（2）匹配不同的网速。（3）对帧具有检测和过滤作用。通过对帧进行检测，对错误的帧予以丢弃，起到了对出错帧的过滤作用。（4）具有寻址和路由选择的功能。它能对进入网桥数据的源/目的MAC地址进行检测，若目的地址是同一网段的工作站，则丢弃该数据帧，不予转发；若目的地址是不同网段的工作站，则将该数据帧发送到目的网段的工作站。这种功能称为筛选/过滤功能，它隔离掉不需要在网间传输的信息，大大减少了网络负载，改善了网络性能。但网桥不能对广播信息进行识别和过滤，容易形成网络广播风暴。（5）提高网络带宽，扩大网络地址范围。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6

20、.2.2 网桥,3网桥的分类 网桥依据使用范围的大小，可分成本地网桥（Local Bridge）和远程网桥（Remote Bridge）。本地网桥又有内桥和外桥之分。内桥是文件服务器的一部分，它是在文件服务器中，利用不同网卡把局域网连接起来。外桥是独立于被连接的网络之外的、实现两个相似的不同网络之间连接的设备。通常把连接在网络上的工作站作为外桥，外桥工作站可以是专用的，也可以是非专用的。专用外桥不能作为工作站使用，它只能用来建立两个网络的连接，管理网络之间的通信。非专用外桥既起网桥的作用，又能作为工作站使用。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.2 网桥,3网桥的分类 本地网桥

21、主要用于局域网中。而远程网桥具有连接广域网的能力，通过调制解调器，可连接分隔在两地的不同局域网。根据路由选择策略的不同，网桥可分为透明网桥和源路由网桥两种。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.2 网桥,4网桥选择路径的方法 网桥选择路径的方法，依据网络类型的不同而有所差异。例如，在以太网中使用透明网桥，使用的路径选择方法是动态树延伸法；在令牌环网中使用源路由网桥，使用的路径选择方法是源路由法。（1）动态树延伸法 动态树延伸法包含两个程序，分别是网桥前导程序（Bridge Forwarding Process）和网桥学习程序（Bridge Learning Process）。（

22、2）源路由法 以动态方式选择源结点到目的结点的路径，可避开一些拥塞的路径。其工作方式是，先以类似广播的方式发出探测帧信号，依原路径回到源结点，经由所有可能的路径后，判断出最短的一条路径，最后再以此路径来传送数据。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.3 路由器,路由器（Router）是在网络层上实现多个网络互连的设备，用来互连两个或多个独立的相同类型或不同类型的网络：局域网与广域网的互连，局域网与局域网的互连。在由路由器互连的局域网中，每个局域网只要求网络层及以上高层协议相同，数据链路层与物理层协议可以是不同的。路由器可以有效地将多个局域网的广播通信量相互隔离开来，每一个局域网

23、都是独立的子网。路由器和网桥进行比较：从表面上看，两者均为网络互连，似乎是一件事情。但两者最本质的区别在于网桥的功能是发生在OSI参考模型的第二层（数据链路层），而路由器的功能发生在第三层（网络层）。也就是说，网桥在把数据从源端向目的端转发时，仅仅依靠帧头中的MAC地址作为转发的依据，而路由器是根据网络层中IP数据报报头中的网络地址作为转发的依据，从而减少了对特定网络技术的依赖。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.3 路由器,1路由器的工作原理,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.3 路由器,1路由器的工作原理,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.

24、2.3 路由器,2路由器的功能（1）网络互连 路由器面向网络层的数据报真正实现网络间互连，多协议路由器不仅可以实现不同类型局域网的互连，而且可以实现局域网和广域网的互连及广域网间的互连。路由器在网络互连中的功能如下：地址映射：即实现网络逻辑地址和子网的物理地址的映射。数据转换：由于路由器互连的不同网络的MTU不同，因此路由器具有将数据报进行分段和重组的功能。路由选择：当收到一个数据报后，路由器会根据其目的地址，从本路由器的路由表中找出一个最佳的路径对其进行转发。协议转换：多协议路由器具有实现不同网络层协议转换的功能。如IP协议与IPX之间的转换。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6

25、.2.3 路由器,（2）网络隔离 路由器不仅可以根据局域网的地址和协议类型，而且可以根据网络号、主机的网络地址、子网掩码、数据类型（如高层协议是FTP、Telnet等）来监控、拦截和过滤信息，具有很强的网络隔离能力。这种网络隔离功能不仅可以避免广播风暴，提高整个网络的性能，更主要的是有利于提高网络的安全性和保密性。因此，路由器可以作为网络的防火墙。（3）流量控制 路由器有很强的流量控制能力，可以采用优化的路由算法来均衡网络负载，从而有效地控制拥塞，避免因拥塞而使网络性能下降。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.3 路由器,3路由表 路由表是指由路由协议建立、维护的用于容纳路由

26、信息并存储在路由器的中的表。路由表中一般保存着以下重要信息：（1）协议类型：创建路由选择表条目的路由选择协议的类型。（2）可达网络的跳数：到达目的网络途所经历的路由器的个数。（3）路由选择度量标准：用来判别一条路由选择项目的优劣，不同的路由选择协议使用不同的路由选择度量标准。例如，路由信息协议RIP（Routing Information Protocol）使用跳数作为自己的度量标准。Internet组管理协议IGRP（Internet Group Management Protocol）使用带宽、负载、延迟和可靠性来创建合成的度量标准。（4）出站接口：数据必须从这个接口被发送出去以到达最终目

27、的地。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.3 路由器,4路由器的一般结构（1）硬件结构：通常由主板、CPU（中央处理器）、随机访问存储器（RAM/DRAM）、非易失性随机存取存储器（NVRAM）、闪速存储器（Flash）、只读存储器（ROM）、基本输入/输出系统（BIOS）、物理输入/输出（I/O）端口以及电源、底板和金属机壳等组成。（2）软件：路由器操作系统，该软件的主要作用是控制不同硬件并使它们正常工作。最典型的路由器操作系统是美国思科系统公司的Cisco路由器的操作系统，被称为互联网络操作系统，简称IOS。（3）常用连接端口：路由器常用端口可分为三类，它们分别是：局域网

28、端口、多种广域网端口和管理端口。网络管理员通常将一台PC机通过专用线缆连接到路由器的管理端口上，并使用命令行界面来生成路由器的逻辑配置文件。,【图例】,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.3 路由器,5路由选择实例,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.3 路由器,6路由器与网桥的区别（1）流量控制。路由器和网桥的最大区别，在于路由器具有选择适当传输路径（网络流量少、传输品质高）的功能，而网桥只能依据数据报的MAC地址做过滤操作。（2）对应的OSI层不同。路由器的操作是在OSI的低三层，而网桥是在物理层及数据链路层中操作，换句话说，路由器也可以包含网桥的功能。（3

29、）拓扑方式。前面提及网桥是依据数据报的MAC地址来传送数据，并没有选择路径的功能。因此，网桥只允许作简单的网络串联拓扑连接，而路由器因有选择路径的功能，所以可以采用网型拓扑结构连接。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.3 路由器,7局域网系统中使用路由器的解决方案（1）局域网间的隔离和互连。,（2）局域网与广域网互连。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.4 交换机,1交换机的引入 交换机成为交换型以太网的主要互连设备。根据交换机所在OSI层次的不同，可分为二层和三层交换机；根据交换机的结构和扩展性能，有固定端口和模块化交换机等类型；根据交换机在网络中的位置和

30、交换机的性能档次，可以分为核心层交换机、汇聚层交换机和接入层交换机等类型。模块化可扩展的交换机一般具有三层交换功能，多数用在网络的核心层和汇聚层。,【图例】,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.4 交换机,2二层交换机 二层交换机属于OSI数据链路层的设备，又称为交换式集线器（Switch Hub）或多口网桥（Multi-port Bridge），因此它同时具备了集线器和网桥的功能。二层交换机的各端口之间在交换机上同时可以形成多个数据通道，端口之间帧的输入和输出已不再受到CSMA/CD介质访问控制协议的约束，交换机端口上的信息不会随意在其他端口上广播。这些功能反映到逻辑上，可以

31、认为交换机是一个受控的多端口开关矩阵。两个不同端口之间具有两个逻辑开关，该开关在受控后或通或断。这样，一个端口只能向接收帧的端口发送帧，而不会向其他端口发送。也就是说，各端口之间是相互独立的，未受影响的端口可以继续对其他端口传送数据，突破了集线器同一时间内只能有一对端口在工作的限制。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.4 交换机,2二层交换机（1）交换机较集线器的优点每个端口上可以连接站点，也可以连接一个网段。不论站点和网段，均独占该端口的带宽（10Mbps或100Mbps）。系统的最大带宽与端口数成正比例关系。由于二层交换机的价格与集线器的价格相差无几，二层交换机几乎已经替

32、代了原来的集线器。,【图例】,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.4 交换机,2二层交换机（2）二层交换机的分类按传输速率分，二层交换机可以分为以下几类：简单的10Mbps交换机。简单的10Mbps交换机比较便宜，它只能提供固定数量的端口，用来连接专用的10Mbps以太网结点或10Mbps以太网集线器。快速交换机。快速交换机端口的带宽可达100Mbps或1000Mbps，用于快速以太网或大型局域网的主干网。10/100Mbps自适应交换机。10/100Mbps自适应交换机采用了10/100Mbps自动检测技术，它可以自动检测端口连接设备的传输速率与工作方式，并自动作出调整以保证

33、10Mbps与100Mbps结点工作在同一网络中。按产品结构分，二层交换机可分为单台式、堆叠式和箱体式三类。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.4 交换机,3三层交换机（1）三层交换技术引入的原因路由器的局限性 二层交换机的局限性。三层交换技术的引入。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.4 交换机,3三层交换机（2）三层交换技术解决方案的分类基于边缘多层混合交换模型 这种解决方案认为提高网络转发速度的结点应更多地在网络的边缘而不是网络的关键点出现，因为这样可以减少网络中继结点的额外开销，降低改造和升级传统TCP/IP网络的费用和复杂度。这种方案包含了二层交换

34、和三层路由的功能，是多层混合型的解决方案。这种方案采取的是在第三层路由一次，然后在第二层交换端到端的网络流数据分组，即所谓的“一次路由，随后交换”的策略。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.4 交换机,3三层交换机（2）三层交换技术解决方案的分类基于核心模型的解决方案：如图6-26所示。基于核心模型的解决方案认为对于接近物理线路极限传输速度的网络流量，主要应该解决核心关键结点，即路由器的三层交换技术。这种方案不再是混合型的技术，而是完全利用ASIC硬件来实现路由器的路由/转发、流控、管理等功能。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.4 交换机,3三层交换机（3

35、）三层交换机的作用 因为三层交换机既克服了路由器数据转发效率低的缺点，又克服了二层交换机不能隔离广播风暴的缺点，使之具有IP路由选择的功能，又具有极强的数据交换性能，能有效地提高网络数据传输的效率和隔离网络广播风暴，同时价格又很经济。所以常有以下两方面的用途：用于大型局域网的网络骨干互连设备。用于虚拟局域网的划分。,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.5 网关,网关（Gateway）工作在OSI七层协议的传输层或更高层，实际上网关使用了OSI所有的七个层次。它用于解决不同体系结构的网络连接问题，网关又称协议转换器。,【案例】,第六章 网络互联技术,6.2 网络互连设备,6.2.

36、5 网关,网关提供以下功能：（1）地址格式的转换。网关可做不同网络之间不同地址格式的转换，以便寻址和选择路由之用。（2）寻址和选择路由。（3）格式的转换。由于连接的网络其结构可能完全不同，各网络的数据报长度有可能不一样，网关可提供数据报的分割与重组，以便适合不同的网络传输。（4）数字字符格式的转换。网关对于不同的字符系统，也必须提供字符格式的转换，如ASCIIEBCDIC（Extended BCD Interchange Code）。（5）网络传输流量控制。（6）高层协议转换。这是网关最主要的功能，即提供不同网络间的协议转换，例如IBM的SNA与TCP/IP互连时就需要网关进行协议转换。,第六

37、章 网络互联技术,6.3 网络互联的几个重要概念,（1）物理地址 以太网上的主机系统在互相通信时，需要用来识别该主机的标志，即物理地址，也称为介质访问控制（Media Access Control，MAC）地址和媒体访问控制地址，主机上的MAC地址是固化在网卡上的，所以随着插在主机上的网卡的变化，其MAC地址也会相应的改变。一块网卡上的MAC地址是全球唯一的。（2）冲突域 用同轴电缆构建或以Hub为核心构建的共享式以太网，其上所有节点同处于一个共同的冲突域，一个冲突域内的不同设备同时发出的以太网帧会相互冲突；同时，冲突域内的一台主机发送数据，同处一个冲突域的其他主机都可以接收到。已个冲突域的主

38、机太多会造成三个主要的后果，即每台主机得到的可用带宽会很低，网上冲突成倍增加以及信息传输时的安全得不到保证。,第六章 网络互联技术,6.3 网络互联的几个重要概念,（3）广播域 广播域是网上的一组设备的集合，当这些设备中一个发出一个广播时，所有其他设备都能接收到这个广播帧。广播域和冲突域是特别容易混淆的概念，可以这样来区分它们：连接在一个Hub上的所有设备构成一个冲突域，同时也构成一个广播域；连接在一个没有划分VLAN的交换机上的各个端口上的设备分别属于不同的冲突域（每一交换端口构成一个冲突域），但同属于一个广播域。（4）桥接 所谓“桥接”，主要指透明桥接。透明网桥连接两个或更多的共享式以太网

39、网段，不同的网段分别属于各自的冲突域，所有网段处于同一个广播域。对于桥接的工作模式应该认真理解，它是理解交换机工作原理的基础。,第六章 网络互联技术,6.3 网络互联的几个重要概念,（5）交换 局域网交换的概念源自桥接，从基本功能上来讲，它与透明桥接使用相同的算法，只是交换的实现是由专用硬件实现，而传统的桥接是由软件来实现的。以太网交换机具有丰富的功能，如VLAN划分、生成树协议、组播支持和服务质量等。（6）MAC地址表 交换机内有一个MAC地址表，用于存放该交换机端口所连接设备的MAC地址与端口号的对应信息。MAC地址表是交换机正常工作的基础。（7）VLAN VLAN技术是把物理上直接相连的

40、网络从逻辑上划分为多个子网。每一个VLAN对应着一个广播域。二层交换机没有路由功能，不能在VLAN之间转发帧，因而处于不同VLAN上的主机不能进行通信，只有引入第三层交换（VLAN间路由）技术之后VLAN间的通信才成为可能。,第六章 网络互联技术,6.3 网络互联的几个重要概念,（8）VLAN中继 VLAN中继（VLAN Trunk）也称为VLAN主干，是指在交换机与交换机之间或交换机与路由器之间连接的情况下，在互相连接的端口上配置中继模式，使得属于不同VLAN的数据帧都可以通过这条中继链路进行传输。VLAN中继的帧格式，分为ISL（Inter-Switch Link，交换机之间连接）和IEE

41、E 802.1Q两种，其中前者是Cisco交换机独有的协议，后者是国际标准协议，被几乎所有的网络设备生产厂商所共同支持。,第六章 网络互联技术,6.3 网络互联的几个重要概念,（9）VLAN中继协议 对于Cisco设备而言，VLAN中继协议（即VTP协议）可以帮助交换机设置VLAN。VTP协议可以维护VLAN信息的全网一致性。（10）生成树协议 生成树协议（Spanning Tree Protocol，STP）是交换式以太网中的重要概念和技术，该协议的功能是在实现交换机之间冗余连接的同时，避免网络环路的出现，实现网络的高可靠性。STP协议通过在交换机之间传递桥接协议数据单元（Bridge Pr

42、otocol Data Unit，BPDU）来互相告知诸如交换机的桥ID（号）、链路性质、根桥（Root Bridge）ID等信息，以便确定根桥，决定哪些端口处于转发状态，哪些端口处于阻止状态，以免引起网络环路。,第六章 网络互联技术,6.4 网络互连实例,用路由器实现LAN-WAN-LAN的示意图,互连中继系统的分层结构,路由器结构,网络主要互联设备,集线器（HUB）,固定端口交换机（Switch）,路由器（Router）,模块化交换机（Switch）,调制解调器（Modem）,防火墙（Firewall）,无线设备（AP）,交换式以太网的数据传播方式,A,B,C,D,E,F,G,H,交换机的

43、数据转发示意图,A,B,C,D,1,5,8,二层交换只能分隔冲突域但不能分隔广播域,G,G,G,SNA,802.5,802.3,802.3,802.4,LAN-WAN-LAN,B,LAN-LAN,G,LAN-WAN,WAN-WAN,网络互连的四种形式,中继器(Repeater),中继器连接网段示意图,以太网5-4-3-2-1中继规则 最多可以有四个中继器；五个网段、其中三个网段可用、两个扩展网段形成一个完整的网络。,注意：用中继器连接起来的网络在逻辑上是同一个网络,R,R,802.3,802.3,802.3,堆 叠 法,堆叠法：利用专门的堆叠口(Uplink)进行连接,用这种方法连接后,相当于一个集线器(但端口数量增加),Hub1,Hub2,利用专门的电缆将集线器后面的堆叠口连接起来.,级 连 法,级连法：将两个集线器的普通端口相连。,Hub1,Hub2,直连线,交叉线,利用网桥分割网络提升带宽,10Mb/s,10Mb/s,10Mb/s,集线器（HUB）,通过网关连接异构网络,ATM,G,