《计算机网络技术与应用 中国通信学会普通高等教育“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 夏素霞 23235-第6章网络互连》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络技术与应用 中国通信学会普通高等教育“十二五”规划教材立项项目 教学课件 ppt 作者 夏素霞 23235-第6章网络互连（267页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第6章 网络互连, 主要内容：本章主要介绍计算机网络互连技术中的互连、互通和互操作等基本概念，网络互连类型和互连层次的区分方法；网络适配器、中继器、交换机等设备在网络互连中的作用及特点，第二层交换机和第三层交换机的区别；, 网桥、路由器和网关等网络互连设备的技术特征、工作原理等；虚拟局域网技术、广域网以及主要的公共通信网，包括公共电话网（PSTN）、公用分组交换数据网、综合业务数字网（ISDN）、非对称数字用户环路（ADSL）、数字数据网（DDN）等；各种互联网接入方式的基本特点和应用。, 重点与难点：网络互连层次的区分方法、不同层次网络互连设备的区别与作用、虚拟局域网技术、常用的互联网接入方
2、式的特点与应用。,6.1 网络互连概述,6.1.1 网络互连的基本概念 1互连 2互通 3互操作,6.1.2 网络互连的要点, 网络互连必须协调各方面的差异，满足以下基本要求： （1）在网络之间至少提供一条物理链路。 （2）每种网络的通信端点、编址方案都不同，分组数据穿越不同网络时，可能需要进行地址变换。,（3）由于不同子网具有不同的特性，如不同网络具有不同的计费方式，在网络互连时，要保存用户使用网络的状态信息。 （4）不同网络具有不同的服务质量与差错恢复能力，网络互连既不能影响也不能依赖各个网络原来的能力。,6.1.3 网络互连类型,1本地局域网互连（LAN-LAN） 2局域网与广域网互连（
3、LAN-WAN） 3远程局域网互连（LAN-WAN-LAN） 4广域网互连（WAN-WAN）,图6.1 两个以太网远程互连,6.1.4 网络互连层次,图6.2 网络互连的不同层次和相应的设备,1物理层互连 2数据链路层互连 3网络层互连 4高层互连,6.2 网络互连设备,6.2.1 网络适配器,图6.3 网卡结构, 网卡的主要功能如下： （1）数据的封装与解封。 （2）链路管理，主要是介质访问控制方法（CSMA/CD）协议的实现。 （3）编码与译码，实现曼彻斯特编码与译码的功能。,6.2.2 中继器和集线器,1中继器 2集线器 集线器的英文为“Hub”，表示“中心”的意思。,（1）集线器的特点
4、有以下几项：, Hub是一个多端口的转发器，在以Hub为中心设备的网络中，某条线路产生故障时，不会影响其他线路的工作，所以Hub在局域网中得到了广泛的应用。, Hub只是一个多端口的信号放大设备，它在网络中只起到信号再生、放大的作用，其目的是扩大网络的传输范围，不具备信号的定向传送能力，是标准的共享式设备。, 由Hub组成的网络是共享式网络，同时Hub只能够在半双工下工作。 集线器（Hub）是一种共享介质的网络设备，Hub本身不能识别目的地址，采用广播方式向所有节点发送数据。,（2）多集线器以太网配置规则。, 多集线器10Mbit/s以太网的配置规则简称为5-4-3规则，包括以下几项： 每段U
5、TP电缆的最大长度为100m。 任意两个节点之间最多可以有5个网段，经过4个集线器。, 整个网络的最大覆盖范围为500m。 网络中不能出现环路。,图6.4 多集线器互连的以太局域网,3中继器和集线器的特性, 中继器和集线器都是物理层互连设备，集线器是多端口的中继器。, 它们共同的特性如下： （1）只能工作在物理层，仅对信号进行透明地整理、再生、放大，不涉及协议的转换。 （2）主要用于线性电缆系统（如以太网），实现网络范围的扩充。,（3）连接的以太网不能形成环路。 （4）连接的各个网段上的节点地址不能相同。 （5）多集线器10Mbit/s以太网互连必须遵循5-4-3规则。,4中继器和集线器的缺点
6、,（1）它们工作在物理层，不能均衡负载，不能阻止广播风暴的发生。,（2）中继器可将分离的多个物理网络（或网段）合并成一个物理网络，如果合并前的每个网段是独立的小冲突域，中继互连后它们被合并成一个大的冲突域。 （3）如果各个网段的介质访问方法不同，即使只是速率不同，也不可能在物理层进行中继互连。,6.2.3 网桥, 网桥（Bridge）是工作在OSI模型的数据链路层中的互连设备。,图6.5 用网桥互连的网络,（1）可实现不同类型的局域网互连。 （2）可实现大范围的局域网互连。 （3）网桥互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议。,（4）网桥有存储转发功能，可依据帧的目标MAC地址和网桥内部的转发
7、表（Forwarding Table）判断是否需要转发，从而对帧进行过滤。,（5）网桥常用于将共享带宽的计算机节点数较多的大局域网分成既相互独立又能相互通信的两个局域网网段，从而改善各个子网段的性能和安全性。 （6）网桥能够隔离冲突，提高网络的效率和可靠性。,6.2.4 二层交换机, 交换机互连网络有以下特性： （1）交换机连接的每一个网段都是一个独立的广播域，它允许各个网段之间进行通信。 （2）交换机可以互连不同速度和类型的网段，且对网络的大小没有限制。,（3）交换机各端口都独享交换机的带宽，可实现全双工通信，如一台100Mbit/s的24口交换机，其每个端口理论上均可达到100Mbit/s
8、的速率。, 衡量交换机性能的指标有以下几项： （1）包转发率（Million Packet Per Second，MPPS）。 MPPS值越大，交换机的交换处理速度越快。,（2）背板带宽。, 背板带宽是衡量交换机转发和处理数据流能力的重要指标之一。 因为交换机的所有端口都挂接在背板总线上，端口间的数据流都在背板总线上传输。,（3）交换机内存。, 交换机的内存中存储着MAC地址表。 内存越大，存储的地址表就越大，学习的MAC地址就越多，数据转发的速度也越快。,1交换机的功能, 交换机的主要功能如下： （1）交换机提供了大量可供线缆连接的端口，可以实现网络星型拓扑结构。,（2）可以实现信号重整。,
9、 和中继器、集线器、网桥一样，转发帧时，交换机会重新对信号进行整理，产生一个不失真的电信号。,（3）交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤功能。,（4）提高了局域网的性能。 （5）有消除网络回路的功能。 （6）交换机具有MAC地址学习功能。 （7）交换机可以实现不同类型的网络互连。,2 交换机的工作过程, 下面以图6.6所示的过程为例来说明具体的数据帧交换过程。,图6.6 数据帧交换过程,（1）当主机D发送广播帧时，交换机从快速以太网端口F0/4接收到目的地址形如ffff.ffff.ffff的数据帧，并向F0/1、F0/2、F0/3端口转发该数据帧。,（2）当主机D与主机A通信时，交换机从端
10、口F0/4接收到目的地址为02e0.7c01.1001的数据帧，查找MAC地址表后发现02e0.7c01.1001不在表中，因此交换机向F0/1、F0/2、F0/3端口转发该数据帧。收到确认帧后，交换机将02e0.7c01.1001写入MAC地址表中。,（3）当主机D与主机B通信时，交换机从F0/4端口接收到目的地址为02e0.7c01.1004的数据帧，查找MAC地址表后发现02e0.7c01.1004位于F0/3端口，交换机将数据帧转发至F0/3端口，主机B即可收到该数据帧。,（4）如果在主机D与主机A通信的同时，主机B也向主机C发送数据，这时交换机在端口F0/4和F0/1之间，以及F0/
11、3和F0/2之间建立两条链路，各自独享一条链路，双方通信互不影响。这样的链路仅在通信双方有需求时才会建立，一旦数据传输完毕，相应的链路也随之拆除。,3交换机的地址管理, 如图6.7所示。,图6.7 MAC地址表, 交换机的MAC地址学习过程如下： （1）最初交换机的MAC地址表为空。 （2）当交换机从某一节点收到一个帧（广播帧除外）时，首先检查该帧的源MAC地址是否在地址表中，如果没有，则将该MAC地址和端口号添加到地址表中。,（3）交换机在地址表中检查该帧的目的MAC地址，找到与该目的MAC地址相连接的端口（Port）号，然后将该帧复制到该端口。,（4）如果在地址表中没有找到该MAC地址，交
12、换机就将数据包广播到所有端口。 （5）拥有该MAC地址的网卡在接收到该广播帧后，会立即做出应答，交换机再将该节点的MAC地址添加到MAC地址表中。,4交换方式,（1）直通式（Cut Through）。 （2）存储转发（Store and Forward）。 （3）无碎片直通（Fragment Free Cut Through）。,5交换机的分类,（1）根据网络覆盖范围，交换机可以分为两类：广域网交换机和局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域，提供通信用的基础平台。,（2）根据传输介质和传输速度分为以太网交换机、快速以太网交换机、吉比特以太网交换机、10吉比特以太网交换机、ATM交换机、F
13、DDI交换机和令牌环交换机。,（3）根据交换机应用的网络层次划分为企业级交换机、校园网交换机、部门级交换机、工作组级交换机、桌机型交换机。,（4）根据交换机的端口结构划分为固定端口交换机和模块化交换机。 （5）根据工作的协议层划分为第二层交换机、第三层交换机。 （6）根据是否支持网管功能划分为可网管交换机和非网管交换机。, 可网管交换机可以通过串行口（或并行口）、网络浏览器和网络管理软件进行管理。,（1）通过串口管理。 （2）通过Web管理。 （3）通过网络管理软件管理。,6交换机的互连方式,（1）级联： 级联扩展模式是最常规、最直接的一种扩展模式。 交换机有“Uplink”（级联）端口。 交
14、换机没有“Uplink”（级联）端口。,（2）堆叠：, 通过堆叠线缆将交换机的背板连接起来，扩大级联带宽。,图6.8 交换机的堆叠,6.2.5 路由器,1路由器的功能 路由器具有以下特点： （1）路由器支持各种网际互连协议，适合连接异种网络，如TCP/IP网络、AppleTalk网络、IPX网络等。 （2）路由器具有最佳路由选择能力。,（3）路由器可动态过滤网络信息，拒绝恶意数据的访问，有利于网络的安全和保密。 （4）路由器有更强的隔离能力，可有效隔离局域网的广播，阻止广播风暴传播到整个互连网络。,（5）路由器具有较好的拥塞控制能力，可均衡负载，进行流量控制。 （6）路由器适合连接大型网络，异
15、种网络互连和多个子网互连一般应采用路由器连接。,2路由器的分类,（1）模块化路由器： 模块化路由器主要是指路由器的接口类型及部分扩展功能可以根据用户的实际需求来配置，这些路由器出厂时一般只提供最基本的路由功能。,图6.9 路由设备示例（模块化路由器）,（2）非模块化路由器： 非模块化路由器通常是一些较低端的路由器产品。 （3）核心路由器： 又称“骨干路由器”，是位于网络中心的路由器。,（4）双WAN路由器：, 双WAN路由器具有两个物理上的WAN口作为外网接入，这样内网可以通过路由器的负载均衡功能同时使用两条外网接入线路，大幅提高网络带宽。,（5）无线网络路由器：, 无线网络路由器是一种用来连
16、接有线和无线网络的通信设备，它可以通过Wi-Fi技术收发无线信号。,3路由器的结构,图6.10 路由器的结构,4路由器的工作原理, 图6.11所示为通过路由器R1和R2连接3个子网的情况。,图6.11 路由器的工作原理, 若子网A中的一个主机H1要发送分组给H2，信息传递的步骤如下： （1）主机H1要发送分组给H2，则所发分组的目的地址是H2的IP地址172.16.13.65。, H1将本子网的子网掩码与H2的IP地址比较后，得出172.16.13.64，和主机H1的网络地址172.16.12.0不相等，说明H2和H1不在同一个子网上。 H1将分组交给子网A的默认路由，即172.16.12.1，由R1转发。,（2）路由器R1先查找路由表中的第一行，用这一行的子网掩码与收到的分组的IP地址172.16.13.65计算出目的网络地址172.16.13.64，将其与本行的目的网络地址172.16.12.0进行比较，不相等，继
