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1、6.1 路由器在网际互连中的作用路由器在网际互连中的作用路由器的工作层次路由器的工作层次路由器路由器 (Router)q 作用作用在网络层提供多个独立的子网间连接服务的在网络层提供多个独立的子网间连接服务的一种存储转发设备。一种存储转发设备。q 连接对象连接对象包括局域网和广域网。包括局域网和广域网。q 路由器大多为多协议路由器，能够同时支持多路由器大多为多协议路由器，能够同时支持多 种不同的网络层协议。种不同的网络层协议。q 路由器不转发目标地址为全路由器不转发目标地址为全1的广播包，因此可的广播包，因此可 以阻止以阻止“广播风暴广播风暴” ( 广播域的概念广播域的概念 )用路由器进行网络互
2、联用路由器进行网络互联路由器路由器冲突域冲突域3交换机可以分隔交换机可以分隔冲突域冲突域，路由器可以分隔路由器可以分隔广播域广播域。交换机的每个端口就是一个冲突域，交换机的每个端口就是一个冲突域，hub由于由于没有地址列表和学习功能，所以没有地址列表和学习功能，所以hub的所有端的所有端口都在一个冲突域下。口都在一个冲突域下。路由器的一个端口就是一个路由器的一个端口就是一个广播域。广播域。广播域广播域 1冲突域冲突域2冲突域冲突域1广播域广播域 2HUBSwitchSwitch单协议与多协议路由器单协议与多协议路由器工作原理工作原理q 采用存储转发的方法：采用存储转发的方法： 接收并缓存接收并
3、缓存IP数据分组，提取分组目的数据分组，提取分组目的IP地址，然地址，然后查后查路由表路由表决定转发路径决定转发路径, 如果未查到如果未查到, 则丢弃该分组。则丢弃该分组。 路由表路由表用于存放到达其他网络的路由信息用于存放到达其他网络的路由信息。 比较比较 交换机交换机也用查表的方法决定转发路径，但交换机的表是也用查表的方法决定转发路径，但交换机的表是 “端口端口-MAC地址地址” 表，存放的是端口与目的表，存放的是端口与目的MAC地址之间的关系，要用帧中的地址之间的关系，要用帧中的MAC地址查表；地址查表； 而路由器中的路由表是而路由器中的路由表是 “端口端口-网络地址网络地址” 表，存放
4、的是端口与目的网络表，存放的是端口与目的网络地址之间的关系，故要从分组中提取地址之间的关系，故要从分组中提取IP地址，并解析出其中的网络地址部分来地址，并解析出其中的网络地址部分来查表。查表。直接交付和间接交付直接交付和间接交付q 当当主主机机 A 要要向向另另一一个个主主机机 B 发发送送数数据据报报时时，先先要要检检查查目目的的主主机机 B 是是否否与与源源主主机机 A 连连接接在在同同一一个网络上：个网络上：v 如如果果是是，就就将将数数据据报报直直接接交交付付给给目目的的主主机机 B 而而不需要通过路由器。不需要通过路由器。v 但但如如果果目目的的主主机机与与源源主主机机 A 不不是是
5、连连接接在在同同一一个个网网络络上上，则则应应将将数数据据报报发发送送给给本本网网络络上上的的某某个个路路由由器器，由由该该路路由由器器按按照照转转发发表表指指出出的的路路由由将将数数据据报转发给下一个路由器。这就叫作报转发给下一个路由器。这就叫作间接交付间接交付。 ABC直接交付和间接交付图直接交付和间接交付图间接交付间接交付间接交付间接交付间接交付间接交付直接交付直接交付直接交付直接交付不需要使用路由器直接交付不需要使用路由器但间接交付就必须使用路由器但间接交付就必须使用路由器路由器的结构路由器的结构路由选择路由选择处理路由选择处理路由选择协议路由表3输入端口输入端口交换结构交换结构输入端
6、口输入端口输出端口输出端口分组转发转发表分组处理分组处理输出端口输出端口111121: 物理层物理层2: 数据链路层数据链路层3: 网络层网络层233322“转发转发”和和“路由选择路由选择”的的区别区别q“转转发发”(forwarding)就就是是路路由由器器根根据据转转发发表表将用户的将用户的 IP 数据报从合适的端口转发出去。数据报从合适的端口转发出去。q“路路由由选选择择”(routing)则则是是按按照照分分布布式式算算法法，根根据据从从各各相相邻邻路路由由器器得得到到的的关关于于网网络络拓拓扑扑的的变变化化 情况，动态地改变所选择的路由。情况，动态地改变所选择的路由。q路路由由表表
7、是是根根据据路路由由选选择择算算法法得得出出的的。而而转转发发表表是从路由表得出的。是从路由表得出的。q在在讨讨论论路路由由选选择择原原理理时时，往往往往不不区区分分转转发发表表和和路路由由表表的的区区别别，而而是是笼笼统统地地使使用用路路由由表表这这一一名名词。词。 路由器的处理路由器的处理 - 路由表与转发表路由表与转发表路由表与转发表路由表与转发表q 路路由由器器执执行行动动态态路路由由算算法法，不不断断从从各各相相邻邻路路由由器器得得到到关关于于网网络络拓拓扑扑的的变变化化情情况况(如如收收到到RIP或或OSPF分分组组时时)，此此时时将将这这种种分分组组送送交交路路由由器器的的路路由
8、由选选择择部部分分处处理理，根根据据路由选择协议动态生成与调整自己的动态生成与调整自己的路由表路由表；q 根据路由表，路由器生成根据路由表，路由器生成转发表转发表；q 当当路路由由器器从从一一个个端端口口收收到到用用户户发发来来的的数数据据分分组组时时，经经相相应应处处理理后后放放入入缓缓存存，路路由由器器根根据据分分组组头头中中的的目目的的地地址址查查转转发发表表，得得到到相相应应的的转转发发端端口口，然然后后路路由由器器将将用用户户的的分分组组放放入入该该转转发发端端口口的的队队列列中中排排队队，经经相相应应处处理理后后从从该该端端口口转转发发出出去。去。路由器输入端口的处理路由器输入端口
9、的处理q路由器从物理层收到比特流后，送数据链路层，数据链路路由器从物理层收到比特流后，送数据链路层，数据链路层剥去帧头和幀尾后，将分组送到网络层的队列中排队等层剥去帧头和幀尾后，将分组送到网络层的队列中排队等待处理。待处理。物理层处理数据链路层处理（协议,解封）网络层处理 分组排队 交换结构从线路接收分组（查表，转发）路由器输出端口的处理路由器输出端口的处理q 路由器将交换结构传送过来的分组先进行缓存，到数据链路由器将交换结构传送过来的分组先进行缓存，到数据链路层将分组加上输出端口的链路层的幀头和幀尾，再交给路层将分组加上输出端口的链路层的幀头和幀尾，再交给物理层，经输出端口发送到外部线路上。
10、物理层，经输出端口发送到外部线路上。 物理层处理数据链路层处理(协议,封装)网络层处理 分组排队 向线路发送分组(缓存管理)交换结构分组丢弃分组丢弃q若路由器若路由器处理分组的速率处理分组的速率赶不上赶不上分组进入队列分组进入队列的速率的速率，则队列的存储空间最终必定减少到零，则队列的存储空间最终必定减少到零，这就使后面再进入队列的分组由于这就使后面再进入队列的分组由于没有存储空没有存储空间间而只能被丢弃。而只能被丢弃。q路由器中的输入或输出队列产生路由器中的输入或输出队列产生 溢出溢出是造成分是造成分组丢失的重要原因。组丢失的重要原因。 交换结构交换结构（三种方法）（三种方法）（三种方法）（
11、三种方法）I1I3I2O1O2存储器I1I3I2O1O2I1I3I2O1O2O3(a) via memory(c) via cross-bar(b) via bus总线O3O3网络互连面临的困难网络互连面临的困难q 互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要解决互连在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要解决, 如：如：不同的寻址方案不同的寻址方案不同的最大分组长度不同的最大分组长度不同的网络接入机制不同的网络接入机制不同的超时控制不同的超时控制不同的差错恢复方法不同的差错恢复方法不同的状态报告方法不同的状态报告方法不同的路由选择技术不同的路由选择技术不同的用户接入控制不同的用户接入控制
12、不同的服务（面向连接服务和无连接服务）不同的服务（面向连接服务和无连接服务）不同的管理与控制方式不同的管理与控制方式 q 中间设备中间设备又称为又称为中间系统中间系统或或中继中继 (relay) 系统。系统。物理层中继系统：物理层中继系统：转发器转发器(repeater)。数据链路层中继系统：数据链路层中继系统：网桥网桥或或桥接器桥接器(bridge)。网络层中继系统：网络层中继系统：路由器路由器(router)。网桥和路由器的混合物：网桥和路由器的混合物：桥路器桥路器(brouter)。网络层以上的中继系统：网络层以上的中继系统：网关网关(gateway)。 网络互相连接要使用一些中间设备网
13、络互相连接要使用一些中间设备q当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。而这仍然是一个网络。 q互联网都是指用路由器进行互连的网络。互联网都是指用路由器进行互连的网络。q在网络层以上的中继系统，称为网关。用网关在网络层以上的中继系统，称为网关。用网关连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的连接两个不兼容的系统需要在高层进行协议的转换。转换。q由于历史的原因，许多有关由于历史的原因，许多有关 TCP/IP的文献将网的文献将网络层使用的路由器称为网关。络层使
14、用的路由器称为网关。网络互连使用路由器网络互连使用路由器互连网络与虚拟互连网络互连网络与虚拟互连网络网络网络网络网络网络网络网络网络网络网络(a) 互连网络互连网络(b) 虚拟互连网络虚拟互连网络路由器 虚拟互连网络虚拟互连网络（IP 网）网）虚拟互连网络的意义虚拟互连网络的意义q 所所谓谓虚虚拟拟互互连连网网络络也也就就是是逻逻辑辑互互连连网网络络，它它的的意意思思就就是是互互连连起起来来的的各各种种物物理理网网络络的的异异构构性性本本来来是是客客观观存存在在的的，但但是是我我们们利利用用 IP 协协议议就就可可以以使使这这些些性性能能各各异异的的网网络络从从用用户户看看起起来来好好像像是是
15、一一个统一的网络。个统一的网络。q 使用使用 IP 协议的虚拟互连网络可简称为协议的虚拟互连网络可简称为 IP 网网。q 使使用用虚虚拟拟互互连连网网络络的的好好处处是是：当当互互联联网网上上的的主主机机进进行行通通信信时时，就就好好像像在在一一个个网网络络上上通通信信一一样样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。而看不见互连的各具体的网络异构细节。 名词名词 internet 和和 Internet q 以以小小写写字字母母 i 开开始始的的 internet（互互联联网网或或互互连连网网）是是一一个个通通用用名名词词，它它泛泛指指由由多多个个计计算算机机网网络互连而成的虚拟网络。络互连而成
16、的虚拟网络。q 以以大大写写字字母母 I 开开始始的的的的 Internet（因因特特网网）则则是是一一个个专专用用名名词词，它它指指当当前前全全球球最最大大的的、开开放放的的、由由众众多多网网络络相相互互连连接接而而成成的的特特定定计计算算机机网网络络，它它采采用用 TCP/IP协协议议族族，且且其其前前身身是是美美国国的的 ARPANET。 网关（网关（Gateway)q 网间连接器、协议转换器。网间连接器、协议转换器。q 网关的多重含义：网关的多重含义：许多标准化组织将网关一词泛指所有网络互许多标准化组织将网关一词泛指所有网络互连设备。连设备。一般含义，在一般含义，在OSI体系结构中，网
17、关指传输层体系结构中，网关指传输层以上的以上的协议转换器协议转换器。 在在TCP/IP体系结构中，网关指网络层中继设体系结构中，网关指网络层中继设备即备即路由器路由器。q 传输网关：用于在两个网络间建立传输连接。传输网关：用于在两个网络间建立传输连接。q 应用网关：用于在应用层上进行协议转换。例应用网关：用于在应用层上进行协议转换。例 如电子邮件网关。如电子邮件网关。网关例子网关例子网关的工作层次网关的工作层次网络互连的形式（选学）网络互连的形式（选学）q 级联虚电路级联虚电路Concatenated Virtual Circuitsq 无连接网络互连无连接网络互连 ( 如前所述的如前所述的
18、IP 网络网络 )Connectionless Internetworkingq 隧道技术隧道技术Tunneling1. 级联虚电路（选学）级联虚电路（选学）q 级联虚电路工作过程与虚电路子网工作过程相似级联虚电路工作过程与虚电路子网工作过程相似q 建立连接建立连接当目的主机不在子网内时，则在子网内找一个离目的网当目的主机不在子网内时，则在子网内找一个离目的网络最近的路由器，与之建立一条虚电路；络最近的路由器，与之建立一条虚电路；该路由器与外部网关建立虚电路；该路由器与外部网关建立虚电路；该网关与下一个子网中的一个路由器建立虚电路；该网关与下一个子网中的一个路由器建立虚电路；重复上述操作，直到
19、到达目的主机。重复上述操作，直到到达目的主机。q 传输数据传输数据相同连接的包沿同一虚电路按序号传输；相同连接的包沿同一虚电路按序号传输；网关根据需要转换包格式和虚电路号。网关根据需要转换包格式和虚电路号。q 拆除连接拆除连接级联虚电路（选学）级联虚电路（选学）2. 无连接网络互连（选学）无连接网络互连（选学）q工作过程工作过程无连接网络互连的工作过程与数据报子网无连接网络互连的工作过程与数据报子网( 即前面所讲的即前面所讲的 IP 网络网络 ) 的工作过程相似的工作过程相似 ；每个包单独路由，提高网络利用率，但不能每个包单独路由，提高网络利用率，但不能保证包按顺序到达；保证包按顺序到达；根据
20、需要，连接不同子网的多协议路由器做根据需要，连接不同子网的多协议路由器做协议转换，包括包格式转换和地址转换等。协议转换，包括包格式转换和地址转换等。无连接网络互连（选学）无连接网络互连（选学）级联虚电路与无连接网络互连的比较级联虚电路与无连接网络互连的比较项目项目级联虚电路级联虚电路无连接网络互连无连接网络互连服务质量服务质量能保证能保证不能保证不能保证分组按序到达分组按序到达能保证能保证不能保证不能保证容错能力容错能力/健壮健壮性性差差好好报头地址信息报头地址信息短报头短报头长报头长报头互连适应性互连适应性多种网络互多种网络互连连所有子网均支持所有子网均支持VC级联虚电路与无连接网络互连的比
21、较级联虚电路与无连接网络互连的比较q 级联虚电路的优点级联虚电路的优点路由器预留缓冲区等资源，保证服务质量；路由器预留缓冲区等资源，保证服务质量；包按序号传输；包按序号传输；短包头。短包头。q 级联虚电路的缺点级联虚电路的缺点路由器需要大量内存，存储虚电路信息；路由器需要大量内存，存储虚电路信息；一旦发生拥塞，没有其它路由；一旦发生拥塞，没有其它路由；健壮性差；健壮性差；如果网络中有一个不可靠的数据报子网，如果网络中有一个不可靠的数据报子网，级连虚电路很难实现。级连虚电路很难实现。级联虚电路与无连接网络互连的比较级联虚电路与无连接网络互连的比较q 无连接网络互连的优点无连接网络互连的优点能够容
22、忍拥塞，并能适应拥塞；能够容忍拥塞，并能适应拥塞；健壮性好；健壮性好；可用于多种网络互连。可用于多种网络互连。q 无连接网络互连的缺点无连接网络互连的缺点长包头；长包头；包不能保证按序号到达；包不能保证按序号到达；不能保证服务质量。不能保证服务质量。3. 隧道技术（选学）隧道技术（选学）q 源和目的主机所在网络类型相同，连接它们的是源和目的主机所在网络类型相同，连接它们的是一个不同类型的网络，这种情况下可以采用隧道一个不同类型的网络，这种情况下可以采用隧道技术技术。隧道技术（选学）隧道技术（选学）隧道技术（选学）隧道技术（选学）隧道技术（选学）隧道技术（选学）工作过程（以上图为例）：工作过程（
23、以上图为例）：q 主机主机1发送一个包，目的发送一个包，目的IP地址地址 = 主机主机2_IP，将包将包封装到局域网帧中，封装到局域网帧中， 帧目的地址帧目的地址 = 路由器路由器1_MAC；q 局域网传输；局域网传输；q 路由器路由器1剥掉局域网帧头、帧尾，将得到的剥掉局域网帧头、帧尾，将得到的IP包封包封装到广域网包中，包目的地址装到广域网包中，包目的地址 = 路由器路由器2地址；地址；q 广域网传输；广域网传输；q 路由器路由器2剥掉广域网包头，将得到的剥掉广域网包头，将得到的IP包封装到局包封装到局域网帧中，帧目的地址域网帧中，帧目的地址 = 主机主机2_MAC地址；地址；q 局域网传输；局域网传输；q 主机主机2接收。接收。（点击图标返回本章目录）
