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1、第三章 网络技术基础,网络互连与实现技术,网络互连,是利用网络互连设备及相应的技术措施和协议把两个以上的计算机网络连起来，实现计算机网络之间的连接。 目的是使一个网络上的用户能够访问其他计算机网络上的资源，使不同网络上的用户能够相互通信和交流信息，以实现更大范围的资源共享和信息交流。,网络互连概念,互连：物理连接 互通：互联设备上运行某些软件实现网络间的数据交换 互操作：运行高层软件，任意两个主机具有透明的访问对方资源的能力,网络互连概述,由于目前存在着局域网和广域网两种类型的网络，因而可对应有以下三种网络互连： 局域网-局域网互连；(同种/异型局域网） 局域网-广域网互连； 局域网-广域网-
2、局域网互连； 广域网与广域网互连。,网络互连二种方式,利用网间连接器实现网络互连 通过互联网实现网络互连,网络互连的核心是网络之间的硬件连接和网间互连协议,对应于OSI各层次的网络互连设备主要有中继器、网桥、路由器、网关。,常用网络互连设备,互连层越高，互连设备越复杂，参加互连的网络之间差异就越大。 中继器是最简单的互连设备，网关则是最复杂的互连设备。,局域网-局域网互连,将局域网互连起来，以实现更大范围的计算机联网 局域网互连的主要设备为 中继器（同种局域网互连） 网桥（同种/异型局域网互连）,中继器（重发器）,中继器是OSI模型中物理层的设备，它可以将局域网的一个网段和另一个网段连接起来，
3、主要用于局域网局域网互连，起到信号放大和延长信号传输距离的作用。,中继器主要作用：完成物理线路的连接，对信号进行复制、调整和放大，以延长同类网络的长度。它支持的电缆长度一般为185m500m。,中继器,中继器的作用主要是扩展网络电缆的长度 中继器实际上是一种数字信号放大器。它不解释也不改变接受到的数字信号，它只是从接受信号中分离出数字资料，存储起来，然后转发出去。 再生的信号与接受的信号完全相同并可以沿着另外的网络段传送到远程。,中继器,通过中继器连接起来的各种网络仍属于一个物理网络系统。 一般不认为这是网络互连，而只是将一个网络的作用范围扩大而已。,中继器,延长是有限的，中继器只能在规定的信
4、号延迟范围内进行有效的工作。 如：在10Base-5粗线以太网的组网规则中规定，每个电缆段最大长度为500米，最多可用4个中继器连接5个电缆段，延长后的最大网络长度为2500米。,局域网与局域网互连-中继器特性1,中继器只能连接完全相同的局域网（协议和速率） 中继器连接的局域网在物理上是一个网络,中继器可以连接相同/不同传输介质同类局域网,局域网与局域网互连-中继器特性2,局域网与局域网互连-中继器特性2,用中继器连接不同传输介质系统的以太网,中继器可以连接相同/不同传输介质同类局域网,局域网与局域网互连-中继器特性3,由于中继器在物理层实现互连，所以它对物理层以上各层协议（数据链路层到应用层
5、）完全透明中继器支持数据链路层及其以上各层的任何协议。,集线器,集线器是一种特殊的中继器，能够提供多端口服务，又称为多中继器 用于连接双绞线介质或光纤介质以太网系统 是组成10Base-T、100Base-T以太网的核心设备。,集线器,局域网与局域网互连-网桥,网桥（Bridge）又称桥接器，是用来实现局域网互连的最常用的技术。 是一种在数据链路层实现LAN互连的存储转发设备。 独立于高层协议，通过数据链路层实现局域网间的互连。,网桥,局域网与局域网互连-网桥,网桥的每个端口连接一个局域网网段 网桥的主要功能就是隔离不同网段之间的数据通信量。,网桥,网桥能将两个以上独立的物理网络连接在一起，构
6、成一个单个的逻辑局域网络。,网桥,网桥能够连接的局域网可以是同类网络，也可以是不同的网络，而且这些网络可以是不同的传输介质系统,网桥工作原理,工作原理是：网桥接收一个整帧，然后分析进入的帧，并基于包含在帧中的信息，根据帧的目的地址（MAC地址）段，来决定是删除这个帧，还是转发这个帧。 如果目的站点和发送站点在同一个局域网，就是源局域网和目的局域网是同一个物理网络，即在网桥的同一边，网桥则将帧删除，不进行转发； 如果目的局域网和源局域网不在同一个网络时，网桥则进行路径选择，并按着指定的路径将帧转发给目的局域网。,局域网与局域网互连-网桥,如果局域网1中地址为201的节点想与同一局域网中地址为20
7、2的节点通信，网桥可以接收到发送帧，但网桥在进行地址过滤后认为不需要转发，因而会将该帧丢弃；如果节点201要与局域网2中的节点104通信，节点201发送的帧被网桥接收到，网桥进行地址过滤后识别出该帧应发送到局域网2，网桥将通过与局域网2的网络接口转发该帧，这时局域网2中的104节点将能接收到这个帧。 从用户的角度看，用户并不知道网桥的存在，局域网1与局域网2就像是一个网络。在一个大型局域网中，网桥常被用来将局域网分成既独立又能相互通信的多个子网，从而可以改善各个子网的性能与安全性。,局域网与局域网互连,网桥的基本工作原理 ：网桥最常见的用法是用于互连两个局域网。,网桥的主要作用,网桥的主要作用
8、是将两个以上LAN互连为一个逻辑网，以减少局域网上的通信量，提高整个网络系统的性能。 网桥能隔离一个物理网段的故障，所以网桥能够提高网络的可靠性。,网桥的主要作用,网桥与中继器相比能在更大的地理范围内实现局域网互朕。 中继器只是简单地放大再生物理信号，没有任何过滤作用。 网桥在转发数据帧的同时，能够根据MAC地址对数据帧进行过滤，而且网桥可以连接不同的网络。,网桥类型,MAC网桥：MAC子层，只连接同类局域网 LLC网桥：LLC子层，可连接异类局域网 本地桥：连接近距离局域网的网桥 远程桥：局域网的远程连接 透明网桥 源路由桥,网桥的类型-透明网桥,又称为生成树网桥 802.1标准 由各网桥自
9、己来决定路由选择，局域网上的各节点不负责路由选择。网桥的存在对于各个网络上的主机是透明的 网桥具有自学机制 优点：容易安装。,透明网桥-生成树算法 每个桥维护一个基于MAC地址的过滤数据库。包括： 收到一个帧，查过滤数据库，决定向哪一端口号转发。若未找到该MAC地址项，则将帧往除了它所到来的端口外所有端口发送扩散。 逆向学习法建过滤数据库：用到达的每一个MAC帧的源地址端口号建过滤数据库。,源路由网桥,源路由网桥由发送帧的源节点负责路由选择 网桥假定每个节点在发送帧时，都已经清楚地知道发往各个目的节点的路由，源节点在发送帧时需要将详细的路由信息放在帧的首部。,局域网与局域网互连-网桥的特性,（
10、1）网桥工作在数据链路层，对高层协议是透明的，网桥能转发任何网络层协议的数据流，如 TCPIP、DECNET、Appletalk、IPX等。网桥是一种存储转发设备，它先把接收的整个帧缓存起来，然后再进行转发。用网桥互连起来的网络是个单一的逻辑网。 （2）由于网桥工作在第二层，它不检查网络层的数据分组和网络地址，它与网络层无关。而广播信息是根据网络地址（如 IP地址）进行传播的，因此，网桥转发所有广播帧，没有隔离广播信息的能力。,局域网与局域网互连-网桥的特性,（3）网桥能够互连不同的局域网网络，在不同的局域网之间提供转换功能。连接不同局域网的网需要对不同的帧格式、帧大小进行转换，还需要对不同的
11、局域网传输速率进行速度匹配等。,交换技术的前景,近几年，由于交换技术的迅速发展，交换机的应用越来越普遍。 交换机相当于多个网桥,交换机交换机(Switch)可以在其多个端口之间建立多个并发连接。交换机工作在OSI模型第二层（数据链路层）。,交换机和网桥,都工作在数据链路层； 交换机比网桥转发速度快，因为它用硬件实现交换，而网桥是用软件实现交换的。 网桥仅支持存储转发。交换机为每个网段提供专用带宽，能够减少碰撞，而且交换机还能提供更高的端口密度。 由于交换机比网桥具有更好的性能，因此，网桥将逐渐被交换机所取代。,局域网与广域网互连,LAN-WAN LAN-WAN-LAN LAN-INTERNET
12、-LAN,局域网与广域网互连设备,路由器 网关,局域网与广域网互连-路由器,也较选径器 是网络层互连设备 路由器负责将数据分组从源端主机经最佳路径传送到目的端主机。 基本功能：路由选择和数据转发。,路由器工作原理示意图,路由器,路由器连接的物理网络可以是同类网络，也可以是异类网络,路由器,路由器上有多个端口，每个路由器的端口可以分别连接到不同网段上，或者连接到另一台路由器。 路由器中保存了一个可路由信息的路由表，路由器通过所传输的数据包中的逻辑地址ip地址与路由器中路由表的地址信息决定传输数据包的最佳路径。,路由器的路由选择功能,当两台连在不同子网上的计算机需要通信时，必须经过路由器转发，由路
13、由器把信息分组通过互连网沿着一条路径从源端传送到目的端。 在这条路径上可能需要通过一个或多个中间设备（路由器），所经过的每台路由器都必须要知道怎么把信息分组从源端传送到目的端，需要经过哪些中间设备，并确定一条通过互连网到达目的端的最佳路径。,路由选择,路由器,当路由器接收到一个数据包，它首先检查目的地址，并根据路由表提供的下一路由器地址，将该数据包转发给下一路由器。 如果网络拓扑发生变化，或某台路由器产生失效故障，这时路由器需要更新。路由器通过发布广告或仅向邻居发布路由器的方法使每台路由器都进行路由更新，并建立一个新的、详细的网络拓扑图，拓扑图的建立使路由器能够确定最佳路径。,路由器,路由器在
14、接收了数据包之后，检查包的目的地址，再根据路由表确定它是否知道怎样转发这个包，如果它不知道下一路由器的地址，则将包丢弃。如果它知道怎么转发这个包，路由器将改变目的物理地址为下一路由器的地址，并且把包传送给下一路由器。 下一路由器执行同样的交换过程，最终将包传送到目的端主机。发送数据包，通常也称数据交换（Switching）。,路由器,当数据包通过互连网传送时，它的物理地址是变化的，但它的网络地址是不变的，网络地址一直保留原来的内容直到目的端。 为了完成端到端的通信，在基于路由器的互连网中的每台计算机都必须分配一个网络层地址（IP地址），路由器在转发数据包时，使用的是网络层地址。 但是在计算机与
15、路由器之间或路由器与路由器之间的信息传送，仍然依赖于数据链路层完成，因此路由器在具体传送过程中需要进行地址转换并改变目的物理地址。,局域网与广域网互连-路由器的主要特点1,路由器可以互连不同的MAC协议、不同的传输介质、不同的拓扑结构和不同的传输速率的异种网，它有很强的异种网互连能力。,局域网与广域网互连-路由器的主要特点2,具有很强的广域网互连能力。 路由器检查网络层地址，转发网络层数据分组。具有隔离广播信息的能力。 具有包过滤（packet filter）的初期防火墙功能。,局域网与广域网互连-路由器的特点3,对大型网络进行微段化；将分段后的网段用路由器连接起来，可以达到提高网络性能，提高
16、网络带宽的目的，而且便于网络的管理和维护。,多协议路由器,如果互连的局域网高层采用了不同的协议，这时就需要用多协议路由器。 例如，在互连局域网中，既有支持TCPIP协议的主机，同时又有Netware主机，它们采用不同的通信协议。 分布在网络中的TCPIP主机只能通过路由器与其他TCPIP主机通信，但不能与同一局域网或其他局域网中的Netware主机通信。 Netware主机也只能通过专用的路由器与其他Netware主机通信。,局域网与广域网互连-多协议路由器,具有处理多种不同协议分组的能力 为不同类型的协议建立和维护路由表。路由器能够很容易地实现LAN-LAN、LAN-WAN、WAN-WAN和 LAN-WAN-LAN的多种网络连接形式。 国际互连网Internet，就是使用路由器加专线技术将分布在各个国家的几千万个计算机网络互连在一起的。,局域网与广域网互连-网关,网关又称为协议转换器。 作用在OSI参考模型的4-7层，即传输层到应用层，实现应用系统级网络互连的设备 可以用于广域网-广域网、局域网-广域网、局域网-主机互连。 网关可以完成不同网络协议之间的转换。,
