《计算机网络 教学课件 ppt 作者孙学军 第6章》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络 教学课件 ppt 作者孙学军 第6章（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第 6 章 网络互联技术,61 网络互联的基本概念 1.实现网络互联的前提条件 （1）在互联网络之间提供链路； （2）不同网络的节点进程之间提供适当的路由来交换数据； （3）提供网络记账服务，记录网络使用情况； （4）在不改变互联在一起的任何网络体系结构的前提下，提供各种互联服务。 2.网络互联的类型 （1）LAN-LAN互联； （2） LAN-WAN互联； （3） WAN-WAN互联； （4） LAN-WAN-LAN互联。,第 6 章 网络互联技术,第 6 章 网络互联技术,62 网络互联的层次 1.网络互联实现层选择的原则 如果两个网络的第1层、第2层，直至第N层都采用了不同的协议，具有不
2、同的功能，而它们的第N层以上各层都采用相同的协议，具有完全相同的功能，那么第N层就是所选择的互联实现层。在这一层上的互联，称为第N层互联 2.网络互联功能层次划分 主要有物理层互联、数据链路层互联、网络层互联和高层互联 ，如下图,第 6 章 网络互联技术,第 6 章 网络互联技术,3.物理层互联 （1）物理层互联设备只作用于物理层，主要有中继器和集线器。 （2）物理层互联设备可以将一个传输介质传输过来的二进制位信号进行复制、整形、再生和转发。 （3）物理层互联设备是最简单的网络互联设备，主要用于局域网传输距离的延伸，增加因受传输介质所限制的节点数，连接采用不同传输介质和接口的同构网。 4.数据
3、链路层互联 （1）作用于物理层和数据链路层。 （2）用于网络中节点的物理地址过滤、网络分段以及跨网段数据帧的转发。 （3）延伸局域网的距离，扩充节点数；将负荷过重的网络划分为较小的网络，缩小冲突域，改善网络性能和提高网络安全性。,第 6 章 网络互联技术,5.网络层互联 （1）网络层互联的典型设备是路由器 。 （2）主要解决路由选择、拥塞控制、差错处理与分段等问题 。 （3）如果网络层协议不同，需要选择多协议路由器，在网络层进行协议转换 。 6.高层互联 （1）传输层及其以上各层协议不同的网络之间互联属于高层互联，实现高层互联的设备是网关。 （2）网关又称为协议转换器，它具有对不兼容的高层协议
4、的转换功能。 （3）在选择互联层次时，在满足服务功能的前提下，实现互联的层次尽量选在较低层上，以便简化网络互联设备，提高网络运行效率。,第 6 章 网络互联技术,63 网络互联中的路由选择与分段 1.路由选择 互联网络中的路由选择类比它更复杂。假设由6个多协议路由器连接5个网络构成互联网络，如图所示。图中的B可以经过网络2直接访问A和C，也可经过网络3直接访问D，其网络互联拓扑可等效为 (b)。,第 6 章 网络互联技术,2.分段 当一个大分组想穿过一个最大分组长度较小的网络时，一种解决办法就是允许网关将分组划分为段(fragment)，把各段作为单独的互联网络分组发送 1）透明分段 使由“小
5、分组”网引起的分段对所有后面的该分组要经过的网络透明。 2）不透明分段 任一中间网关都不重新组合各分段。一旦分组被分段，就把每一分段看作原始的分组。,第 6 章 网络互联技术,第 6 章 网络互联技术,64 网络互联设备 1.中继器 （1）物理层互联设备。 （2）放大或再生信号。 （3）延长网络的传输距离，一般要遵循5/4/3规则。 （4）分为以太网中继器和令牌环网中继器。 2.集线器 （1）物理层互联设备。 （2）逐位复制经由物理介质传输的信号，使信号得到加强。 （3）分为无源、有源和智能三种 （4）集线器的种类 可堆叠式集线器；基于插槽机箱的中型集线器；高性能集线器。,第 6 章 网络互联
6、技术,3.网桥 （1）数据链路层互联设备。 （2）连接两个以上的网段，延长网络距离、增加节点数目；可以将一个大型网络分割为多个子网络，改善网络性能。,第 6 章 网络互联技术,（3）网桥的工作过程 监听所连接的每个网段上传输的数据； 将每个数据帧的地址和自身软件维护的桥接表进行比较； 当数据帧的目的地址和源地址在不同的网段时，网桥将该帧转发到目的地址所在的端口； 当数据帧的目的地址和源地址在同一网段时，网桥丢弃该帧。 （4）网桥自身软件维护的桥接表是通过网络初始化过程中学习建立的。 （5）不同类型的LAN利用网桥互联需要解决以下几个问题： 帧格式 传输速率,第 6 章 网络互联技术,帧长度 帧
7、状态位、令牌、路由等信息。 （6）网桥的类型 1）透明网桥 可以使数据帧在两个使用相同MAC层协议的网段之间传输,终端不知道有网桥的存在。当一个节点连接到一个以上的网桥时就会形成一个活动环路，如图所示。,第 6 章 网络互联技术,为了防止桥接的网络中出现活动环路，IEEE采用了一种生成树算法（Spanning Tree Algorithm，STA）来解决该问题。 STA通过网桥之间的协商构建出一棵生成树，使每个网桥都有一个端口被置于转发状态，其他端口置于阻塞状态，保证网络中任何两个设备之间只有一条通路，防止出现任何形式的活动环路。,第 6 章 网络互联技术,2）源路由网桥 环上的源节点通过发送
8、特殊的包含有目的节点逻辑地址的“探测帧”，请求目的站点的物理地址。源路由网桥将“探测帧”转发到所有端口，目的节点收到“探测帧”时，发送一个包含自身物理地址的应答帧；每个转发该应答帧的源路由网桥都更新该帧，使得该应答帧中包含经过的每个环的标记，应答帧到达源节点时，该帧中就包含了从源节点到目的节点的完整的路径记录。下图显示了站点A的路由表。,第 6 章 网络互联技术,（7）透明网桥与源路由网桥的比较 透明网桥是面向无连接的，源路由网桥是面向连接的。 透明网桥对主机是完全透明的，源路由网桥对主机不透明。 透明网桥可以完全不需要管理，源路由网桥的路由必须由人工管理。 在对故障和拓扑结构的适应上，透明网
9、桥能快速地适应网络拓扑结构的变化；源路由网桥只通过广播探测帧来确定故障点，其速度要比透明网桥慢得多。 源路由网桥复杂，透明网桥简单。,第 6 章 网络互联技术,4.交换机 （1）工作在OSI模型数据链路层的MAC子层的网络互连设备。 （2）交换机通过为每个帧创建高速虚电路连接，提升了网络的整体性能。 （3）交换机检查每个MAC帧的目的地址，并和自身的交换表比较，找到和目的网段相连的端口，将该帧转发往出去。 （4）交换机刚接通时，其交换表是空的，开始时向所有端口发送广播帧，从回应帧中学习一段时间以后，建立起和端口号相关的MAC地址表。 （5）当交换机收到一个带有并未驻留在交换机内存中的目的地址的
10、数据帧时，交换机就会向所有的端口发送该帧,第 6 章 网络互联技术,5.路由器 （1）工作在网络层 路由器用来连接多个网络，根据路由信息将数据报从一个网络转发到另一个网络。,第 6 章 网络互联技术,（2）网络层互联原理 网络层划分为3个功能子层：子网访问层、子网增强层和子网IP层。 1）子网访问层是子网的网络层，它提供基本网络服务。 2）子网增强层用于调整(增强或削弱)子网访问层所提供的服务，使之满足子网互联所要求的网络服务或子网增强层所要求的服务。,第 6 章 网络互联技术,3）子网IP层是为适应网络互联的要求而设置的，其功能是从下面两个子层所提供的特定服务中提取公共部分，以作为整个互联网
11、络的统一网络服务功能，而其他功能未被互联网络所利用。 （3）路由器的基本功能 网络分段 提供不同类型网络互连 隔离广播风暴 支持子网间的信息传输 提供安全访问的机制 支持第3层网络特殊服务,第 6 章 网络互联技术,第 6 章 网络互联技术,（4）路由器的操作过程,第 6 章 网络互联技术,（5）路由器的路由选择,第 6 章 网络互联技术,6.网关 （1）也叫做协议转换器，通常在OSI第3层和更高层上实现多个网络互联。可以实现采用不同协议的网络之间的互联。 图示两个异型网络通过网关的互联。这是应用层协议转换的网关。由于应用层协议的多样性，不可能有通用的网关，只能是针对某一特定应用而言。,第 6
12、 章 网络互联技术,（2）类型 介质转换网关和协议转换网关 。 1）介质转换网关 主要功能是从一个子网中接收数据帧，然后拆封并按新格式重新封装，附加上新的路由信息后，转发给另一个子网。 2）协议转换网关。 主要功能是将一个子网所使用的协议转换成另一个子网所使用的协议。 为了使用和管理上的方便，常将一个网关从结构上一分为二，其中每一半就称为一个半网关。 在每个网络上配置一个半网关，再通过传输线路将两个半网关连接起来，就实现了两个网络的互联。,第 6 章 网络互联技术,图示全网关和半网关的例子。,第 6 章 网络互联技术,（3）协议转换方法 1）直接协议转换 将输入网络的数据包的格式转换成另一种网
13、络的数据包的格式。 2）间接协议转换。 网关在输入端将输入的数据包格式转换成标准的网间数据包格式，在输出端再将标准网间数据包格式转换成输出网络的数据包格式。,第 6 章 网络互联技术,（4）网关的应用场合 1) 异型LAN之间的互联 2) LAN与WAN互联 3) WAN与WAN互联 4) LAN与主机互联,第 6 章 网络互联技术,65 互联网络路由协议 1.路由算法 （1）距离矢量算法 DVA用“跳步”为距离单位来表示网络路程。 DVA是基于含有路由器之间全部跳数尺度的共享路由表。 当路由器发现一个端口的连接改变，或从邻接路由器接收到更新信息时，它重新计算跳数并更新路由表。然后向所有的邻居
14、广播新的路由表。 优点：算法简单 缺点：收敛缓慢，还会造成路由回路,第 6 章 网络互联技术,举例,第 6 章 网络互联技术,（2）链路状态算法 链路状态算法LSA是为了克服DVA的不足而设计的。在LSA中，只广播更新的路由表信息，而不是整个表。 LSA的路由表包含了网段之间如何连接的信息。所有路由器使用该信息学习整个网络拓扑结构，然后计算到达各个目的距离，形成以自己为根的最短路径树。 LSA根据跳数、传输延迟、线路容量和为管理而定义的距离等尺度来决定最佳路径。LSA实际上是一种“最短路径优先”的算法。 根据该算法，路由器将不断地主动测试与相邻路由器之间的状态，并周期性地与相邻路由器交换状态信
15、息。若相邻路由器做出应答，则该链路状态为开；否则为关。每个路由器都能收到其他路由器的状态信息。,第 6 章 网络互联技术,2.路由选择协议 Internet的路由器可分为两类：核心路由器和非核心路由器。 核心路由器由Internet网络控制中心(NCC)来控制，非核心路由器由自治系统控制。 核心路由器对Internet所有站点捉供可靠的、一致的、授权的路由。被赋予Internet网络地址的站点必须将它的地址通知核心系统，核心系统内部互相交换路由信息，确保共享路由信息的一致性。 自治系统是由具有独立管理能力并采用相同路由选择策略的网关和网络构成的集合。单个物理网络(不管是广域网还是局域网)，或者
16、由多个物理网络互联而成的组织性或地区性网络，都可以是一个自治系统。 一个自治系统内部的路由器可以自由确定地选择路由、传播路由、确认路由以及检测路由一致性的机制。自治系统与主干网的互联体系结构如图。,第 6 章 网络互联技术,第 6 章 网络互联技术,（1）内部网关协议 一个自治系统内部的所有网关称为内部网关，在内部网关之间进行路由信息交换的协议，称为内部网关协议。 IGP包含了一组协议：通常包含有路由信息协议、开放最短路径优先协议、内部网关路由协议等。 路由信息协议 (Routing Information Protocol，RIP)是内部网关协议中使用最广泛的一种，采用DVA算法。开放最短路径优先 (Open Shortest Path First，OSPF)协议是为了克服RIP的缺陷设计的。 开发内部网关路由协议IGRP的主要目的是为那些情况比较复杂的自治系统提供一个更完善的路由协议。IGRP也是基于DVA算法的内部网关协议。,第 6 章 网络互联技术,对于较大规模的自治系统，常常将它划分为一些小的“区域”，每个
