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1、第5章网络互连,5.1网络互连概述,网络互联是指利用相应的技术和设备将多个网络或设备连接起来，以达到更大范围的数据传输和资源共享目的。,网络互连的类型 LAN与LAN互连 LAN与WAN互连 WAN与WAN互连 LAN通过WAN与其他LAN互连,网络传输介质,同轴电缆,网络传输介质,光纤,包层,纤芯,入射角,折射角,折射角大于入射角,光波在纤芯中传播,网络传输介质,无线传输,卫星,蝶形天线,计算机,网络互连的层次,物理层主要设备有：中继器和集线器。物理层互连设备的主要功能：对不同电缆段之间的信号进行复制、整形、再生和转发位信号。使用物理层互连设备连接的网络在物理上成为一个网络。适用范围：局域网
2、的延伸和扩展。,集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。,每一个站是用它自己专用的传输介质连接到集线器的，各节点间不再只有一个传输通道，各节点发回来的信号通过集线器集中，集线器再把信号整形、放大后发送到所有节点上，这样至少在上行通道上不再出现碰撞现象。集线器内部总线，所以当上行通道与下行通道同时发送数据时仍然会存在信号碰撞现象。当集线器将从其内部端口检测到碰撞时，产生碰撞强化信号（Jam）向集线器所连接的目标端口进行传送。这时所有数据都将不能发送成功，形成网络大塞车,
3、数据链路层主要设备有：网桥和传统交换机。功能：数据存储、接收、根据物理地址进行过滤和有目的地转发数据帧。,网络层主要设备有：路由器。功能：路径选择、拥塞控制和控制广播信息主要用于：不同网络之间的互连。,高层互连主要设备：网关。当互连的网络的传输层及以上层协议不同时就需要网关进行协议转换。目前使用最多的是：应用层网关。,5.2 局域网与局域网互联,5.2.1 中继器数据信号在传输时，由于衰减和噪音使有效数据信号变得越来越弱，而且传输过程也增加了波形失真，因此信号只能在有限的距离内传输用于连接两个网络的电缆段。它可以放大、整形、再生电缆上的数字信号，并按原来的方向重新发送该再生信号。,中继器按照5
4、-4-3原则连接LAN。5-4-3原则是将5个网段用4个中继器连接，其中最多有3个网段有用户设备。,中继器的优点（）过滤通信量中继器接收一个子网的报文，只有当报文是发送给中继器所连的另一个子网时，中继器才转发，否则不转发。（）扩大了通信距离。（）增加了节点的最大数目。（）各个网段可使用不同的通信速率。（）提高了可靠性。当网络出现故障时，一般只影响个别网段。缺点：（）由于中继器对接收的帧要先存储后转发，增加了延时。（）总线的子层并没有流量控制功能。当网络上的负荷很重时，可能因中继器中缓冲区的存储空间不够而发生溢出，以致产生帧丢失的现象。（）中继器若出现故障，对相邻两个子网的工作都将产生影响。,5
5、.2.2 网桥桥接的工作机制是将物理网络段（也就是常说的冲突域）进行分隔，根据MAC地址来判断连接两个物理网段的计算机的数据包发送。网桥是一种控制冲突域流量的设备。除了隔离冲突域以外，网桥还可以实现不同类型网络的连接（令牌环网和以太网之间的连接）和网络的扩展（IEEE的5.4.3连接规则）等功能。,1.网桥的基本工作原理,（A）,（B）,（C）,（X）,（Y）,（Z）,图3-1 网桥内部结构,网桥工作在OSI模型中的第二层，即链路层。完成数据帧（frame）的转发，在连接的网络间提供透明的通信。网桥的转发是依据数据帧中的源地址和目的地址来判断一个帧是否应转发和转发到哪个端口。,2.网桥的类型,
6、（1）按网桥硬件所处的位置分类内部网桥：在服务器的内部安装，使用两块网卡加上相应的软件就可以组成内部网桥。外部网桥：一般是专用的硬件设备。（2）按网桥分布的地理范围分类近程网桥：连接两个相邻的局域网段。远程网桥：连接两个远程网段。此时，要使用两个远程网桥，远程网桥要成对使用。,透明网桥容易安装，无须人工输入路由信息，但不能最佳地利用带宽。,(1)透明网桥（生成树网桥）,这种网桥插入电缆后就可自动完成路由选择的功能，无需由用户装入路由表或设置参数，网桥的功能是自己学习获得的。,（2）源路由网桥由帧的发送者显式地指明路由信息。源路由(source route)网桥在发送帧时将详细的路由信息放在帧的
7、首部中。源站以广播方式向欲通信的目的站发送一个发现帧，每个发现帧都记录所经过的路由。发现帧到达目的站时就沿各自的路由返回源站。源站在得知这些路由后，从所有可能的路由中选择出一个最佳路由。凡从该源站向该目的站发送的帧的首部，都必须携带源站所确定的这一路由信息。,3.网桥的特性,优点网桥通过对不需要传递的数据进行过滤来实现基于物理地址的网络间的通信分段。网桥可以互联两个或多个网络。也就是说，网桥可以连接使用不同传输介质、不同介质访问控制方式、但高层协议相同或兼容的有条件同构的网络。通过网桥的过滤性能，隔离了不需要传播的信息。,缺点要求网络层以上的协议相同或兼容。网桥会处理接收到的数据信息，在执行转
8、发前先接收帧并进行缓冲，与中继器相比会引入更多时延。网桥传递所有的广播信息，因此难以避免广播风暴。网桥没有路径选择能力，在存在多路径时，网桥只使用某一固定的路径。,网桥可以将一个冲突域分割为两个。其中，每个冲突域共享自己的总线信道带宽。,但是，如果主机C发送了一个目标是所有主机的广播类型数据包时，网桥要转发这样的数据包。网桥两侧的两个网段总线上的所有主机都要接收该广播数据包。因此，网段1和网段2仍属于同一个广播域。,5.3 局域网与广域网互联,5.3.1 路由器,路由器识别不同网络的方法是通过识别不同网络的网络ID号进行的，所以为了保证路由成功，每个网络都必须有一个唯一的网络编号。,路由器的基
9、本工作原理路由器改进了网桥的功能，它将数据帧“封装”到含有路由和传送信息的数据包中，在公共数据网中传送。当路由器收到一个数据包后，读出其中的源和目标网络地址，然后根据路由表中的信息，利用复杂的路由算法，为数据包选择合适的路由并转发该数据包。数据包到达目标节点前的路由器后，分解为数据链路层所认识的数据帧，并把它传送到目标节点。（1）路由选择路由器基于IP地址判断路径，会根据IP地址信息来判断到达目的地的最优路径。判定到达目的地的最佳路径，由路由选择算法来实现。路由器利用网络层定义的“逻辑”上的网络地址（即IP地址）来区别不同的网络，实现网络的互连和隔离，保持各个网络的独立性。路由器不转发广播消息
10、，而把广播消息限制在各自的网络内部。发送到其他网络的数据先被送到路由器，再由路由器转发出去。,（2）数据转发沿寻径好的最佳路径传送信息分组。路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何将分组发送到下一个站点（路由器或主机），如果路由器不知道如何发送分组，通常将该分组丢弃；否则就根据路由表的相应表项将分组发送到下一个站点，如果目的网络直接与路由相连，路由器就把分组直接送到相应的端口上。路由转发协议和路由选择协议是相互配合又相互独立，前者使用后者维护的路由表，同时后者要利用前者提供的功能来发布路由协议数据分组。,当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一台主机时，它将直接把IP分组送到网
11、络上，对方就能收到。而要送给不同IP子网上的主机时，它要选择一个能到达目的子网上的路由器，把IP分组送给该路由器，由路由器负责把IP分组送到目的地。如果没有找到这样的路由器，主机就把IP分组送给一个称为“缺省网关（default gateway）”的路由器上。“缺省网关”是每台主机上的一个配置参数，它是接在同一个网络上的某个路由器端口的IP地址。,2.路由器的主要特点（1）路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络、网段或VLAN之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络。（2）工作在网络层（3）对大型网络微段化,3.多协议路由器,路由
12、器实现LAN-WAN-LAN互联示例,5.3.2 网关,网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在传输层上以实现网络互连，用于两个高层协议不同的网络互连。在使用不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同时，网关也可以提供过滤和安全功能。,1.网关的基本工作原理在TCP/IP网络体系中，网关的基本作用是根据目的IP地址的网络号与子网号，选择最佳的出口对IP分组进行转发，实现跨网段的数据通信。,网关的基本类型（1）协议网关不同的网络，具有不同的数据封装格式，不
13、同的数据分组大小，不同的传输率，这些网络之间相互进行数据通信时采用的网络协议不同，为消除不同网络之间的差异，协议网关主要功能是在不同协议的网络区域间进行协议转换如SNA网（IBM公司开发的网络体系结构）与TCP/IP网互连要用SNA网关,（2）应用网关应用网关在应用层上进行协议转换，是在不同数据格式间翻译数据的系统。主要是针对一些专门的应用而设置的网关，其主要作用是将某个服务的一种数据格式转化为该服务的另外一种数据格式，从而实现数据交流。这种网关通常是作为某个特定服务的服务器，但是又兼具网关的功能。最常见的此类服务器就是邮件服务器。SMTP协议系统与某些网络系统互连要用电子邮件网关(充当LOTUS 1-2-3邮件服务和Microsoft Exchange邮件服务之间的邮件网关)，Oracle网与Sybase网交换数据时要用数据库网关,（3）安全网关最常用的安全网关就是包过滤器，实际上就是对数据包的原地址，目的地址和端口号，网络协议进行授权。通过对这些信息的过滤处理，让有许可权的数据包传输通过网关，而对那些没有许可权的数据包进行拦截甚至丢弃。这跟软件防火墙有一定意义上的雷同之处，但是与软件防火墙相比较安全网关数据处理量大，处理速度快，可以很好地对整个本地网络进行保护而不对整个网络造成瓶颈。,5.4 广域网与广域网互联,
