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1、第第6 6章章 网络互连网络互连 【学习目标学习目标】网络互连技术是计算机网络技术中的重要内容。网络互连技术是计算机网络技术中的重要内容。本章主要讲述网络互连的定义、参考模型、网络互本章主要讲述网络互连的定义、参考模型、网络互连的层次、设备及互连方式等。连的层次、设备及互连方式等。【学习要点学习要点】1 1理解理解OSIOSI网络互联互连参考模型网络互联互连参考模型 2 2掌握网络互连的定义及功能掌握网络互连的定义及功能 3 3熟悉常见的网络互连设备熟悉常见的网络互连设备 4 4掌握常见的网络互连方式掌握常见的网络互连方式 6.1 6.1 网络互连的基本概念网络互连的基本概念 随着计算机技术、
2、计算机网络技术和计算机随着计算机技术、计算机网络技术和计算机通信技术的飞速发展，以及计算机网络的广泛应通信技术的飞速发展，以及计算机网络的广泛应用，单一网络环境已经不能满足社会对信息网络用，单一网络环境已经不能满足社会对信息网络的需求。通常需要将两个或多个计算机网络互连的需求。通常需要将两个或多个计算机网络互连在一起，以实现更广泛的资源共享和信息交流。在一起，以实现更广泛的资源共享和信息交流。怎么实现对多个网络的互连？什么是网络互连？怎么实现对多个网络的互连？什么是网络互连？网络互连涉及到的概念很多。为了深刻理解网络互连的网络互连涉及到的概念很多。为了深刻理解网络互连的内涵和外延，下面对网络连
3、接、网络互连、网络互通三个概内涵和外延，下面对网络连接、网络互连、网络互通三个概念进行解释。念进行解释。1网络连接 网络连接（网络连接（InternetworkingInternetworking）是指一对同构或异构的）是指一对同构或异构的端系统，通过由多个网络（或中间系统）所提供的接续通路端系统，通过由多个网络（或中间系统）所提供的接续通路连接起来，完成信息互传的组织形式。连接的目的是实现系连接起来，完成信息互传的组织形式。连接的目的是实现系统之间的端统之间的端-端（端（end-endend-end）通信。所以网间连接是对附接于）通信。所以网间连接是对附接于不同网络的各种系统之间的互连，它要
4、求一条在协议能力上不同网络的各种系统之间的互连，它要求一条在协议能力上连续的接续能力，以完成端系统之间的数据传递。连续的接续能力，以完成端系统之间的数据传递。2网络互连 网络互连（网络互连（Interconnection）是指不同子网之）是指不同子网之间的互相连接，目的是解决子网之间的数据流通，但这间的互相连接，目的是解决子网之间的数据流通，但这种流通尚未扩展到系统与系统之间。这里把一个子网看种流通尚未扩展到系统与系统之间。这里把一个子网看作一条作一条“链路链路”，把子网之间的连接（中间系统）看作，把子网之间的连接（中间系统）看作交换节点，从而形成一个交换节点，从而形成一个“超级网络超级网络”
5、。3 3网络互通网络互通 网络互通（网络互通（InterworkingInterworking）是指网络不依赖于其具体连）是指网络不依赖于其具体连接形式的一种能力。它不仅指两个端系统间的数据传输和转接形式的一种能力。它不仅指两个端系统间的数据传输和转移，还表现出各自业务间相互作用的关系。网络连接和网络移，还表现出各自业务间相互作用的关系。网络连接和网络互连是解决数据的传送，而网络互通是各系统在连通的条件互连是解决数据的传送，而网络互通是各系统在连通的条件下，为支持应用间的相互作用而创建的协议环境。下，为支持应用间的相互作用而创建的协议环境。提示提示 如如果果仅仅仅仅把把几几个个网网络络在在物物
6、理理上上连连接接在在一一起起，它它们们之之间间不不能能进进行行通通信信，因因此此这这种种“互互连连“是是没没有有意意义义的的。通通常常说说的的网网络络互互连连应应该该包包括括网网络络连连接接、网网络络互互连连和和网网络络互互通通三三个个方方面面，也也就就是是说说这这些些互互相相连连接接的的计计算算机机之之间间是是可可以以进进行行相相互通信的。互通信的。6.2网络互连的类型与层次 作为校园网，需要连接多个建筑物，或者连接作为校园网，需要连接多个建筑物，或者连接多个校区，甚至要接入到互联网。形成一个更大规多个校区，甚至要接入到互联网。形成一个更大规模的网络。这属于哪种网络互连的类型？模的网络。这属
7、于哪种网络互连的类型？一般情况下对计算机网络进行分类主要是从规模上来一般情况下对计算机网络进行分类主要是从规模上来划分，分为广域网（划分，分为广域网（WANWAN）、城域网（）、城域网（MANMAN）和局域网）和局域网（LANLAN）。因此，网络的互连也就涉及到）。因此，网络的互连也就涉及到LANLAN、MANMAN、WANWAN之间之间的互连。网络互连类型如图的互连。网络互连类型如图6-16-1所示，主要有所示，主要有LAN-LANLAN-LAN、LAN-LAN-WANWAN、WAN-WANWAN-WAN、LAN-WAN-LANLAN-WAN-LAN等几种互连方式。等几种互连方式。图6-1网
8、络互连类型 1 1LAN-LANLAN-LAN 一般说来，在局域网的建网初期，网络的节点较少，一般说来，在局域网的建网初期，网络的节点较少，相应的数据通信量也较小。随着业务的发展，节点的数目会相应的数据通信量也较小。随着业务的发展，节点的数目会不断增加。当一个网络段上的通信量达到极限时，网络的通不断增加。当一个网络段上的通信量达到极限时，网络的通信效率会急剧下降。为了克服这种问题，可以采取增设网段，信效率会急剧下降。为了克服这种问题，可以采取增设网段，划分子网的方法，但无论什么方法都会涉及到两个或多个划分子网的方法，但无论什么方法都会涉及到两个或多个LANLAN之间的互连问题。之间的互连问题。
9、根据根据LANLAN使用的协议不同，使用的协议不同，LAN-LANLAN-LAN互连可以分为以下两类。互连可以分为以下两类。（1 1）同构网的互连）同构网的互连 同构网的互连是指协议相同的局域网之间的互连。例如，同构网的互连是指协议相同的局域网之间的互连。例如，两个以太网之间的互连，两个令牌环网之间的互连。同种局两个以太网之间的互连，两个令牌环网之间的互连。同种局域网之间的互连比较简单，常用的设备有中继器、集线器、域网之间的互连比较简单，常用的设备有中继器、集线器、交换机、网桥等。交换机、网桥等。（2 2）异构网的互连）异构网的互连 异构网的互连是指协议不同的局域网之间的互连。例如，异构网的互
10、连是指协议不同的局域网之间的互连。例如，以太网和令牌环网之间的互连，以太网和令牌总线之间的互以太网和令牌环网之间的互连，以太网和令牌总线之间的互连。异构之间的互连必须实现协议转换，因此，连接使用的连。异构之间的互连必须实现协议转换，因此，连接使用的设备必须支持要进行互连的网络所使用的协议。异构网的互设备必须支持要进行互连的网络所使用的协议。异构网的互连可以使用网桥、路由器等设备。连可以使用网桥、路由器等设备。2 2LAN-WANLAN-WAN LAN-LAN LAN-LAN互连是解决一个小区域范围内相邻几个楼层或互连是解决一个小区域范围内相邻几个楼层或楼群之间以及在一个组织机构内部的网络互连，
11、楼群之间以及在一个组织机构内部的网络互连，LAN-WANLAN-WAN互互连则扩大了数据通信网络的连通范围，可以使不同单位或机连则扩大了数据通信网络的连通范围，可以使不同单位或机构的构的LANLAN连入范围更大的网络体系中，其扩大的范围可以超连入范围更大的网络体系中，其扩大的范围可以超越城市、国界或洲界，从而形成世界范围的数据通信网络。越城市、国界或洲界，从而形成世界范围的数据通信网络。LAN-WANLAN-WAN的互连设备主要包括网关和路由器，其中，路由器的互连设备主要包括网关和路由器，其中，路由器最为常用。最为常用。3 3WAN-WANWAN-WAN WANWAN与与WANWAN互连一般在
12、政府的电信部门或国际组织间进互连一般在政府的电信部门或国际组织间进行，它主要是将不同地区的网络互连以构成更大规模的网络。行，它主要是将不同地区的网络互连以构成更大规模的网络。比如，全国范围内的公共电话交换网、数字数据网等。除此比如，全国范围内的公共电话交换网、数字数据网等。除此之外，之外，WAN-WANWAN-WAN互连还涉及到网间互连，即将不同的广域网互连还涉及到网间互连，即将不同的广域网互连。互连。4 4LAN-WAN-LANLAN-WAN-LAN LAN-WAN-LAN LAN-WAN-LAN互连可以将分布在不同地理位置的两个局互连可以将分布在不同地理位置的两个局域网通过广域网实现互连，
13、达到远程登录局域网的目的。域网通过广域网实现互连，达到远程登录局域网的目的。6.3 6.3 网络互连的层次与设备 作为校园网，需要连接很多个节点，怎样利用作为校园网，需要连接很多个节点，怎样利用网络设备使得分布在不同地理位置的节点连接到一网络设备使得分布在不同地理位置的节点连接到一个统一的网络中来？怎样使得整个网络中的节点相个统一的网络中来？怎样使得整个网络中的节点相互连通？互连通？网络互连从通信协议的角度来看可以分成网络互连从通信协议的角度来看可以分成4 4个层次，如个层次，如图图6-26-2所示。所示。图6-2网络互连的层次关系 对局域网而言，所涉及的网络互连问题有网络距离延长、对局域网而
14、言，所涉及的网络互连问题有网络距离延长、网段数量的增加、不同网段数量的增加、不同LANLAN之间的互连及广域互连等。网络之间的互连及广域互连等。网络互连中常用的设备有中继器、网桥、路由器等，下面分别进互连中常用的设备有中继器、网桥、路由器等，下面分别进行介绍。行介绍。6.3.1 6.3.1 物理层互连设备物理层互连设备 物理层互连如图物理层互连如图6-36-3所示，主要解决的问题是在不同的所示，主要解决的问题是在不同的电缆段间复制位信号。互连的主要设备是中继器。电缆段间复制位信号。互连的主要设备是中继器。图6-3 物理层互连 1 1中继器的标准中继器的标准 中继器工作在中继器工作在OSI/RM
15、OSI/RM第一层即物理层。物理层互连标第一层即物理层。物理层互连标准为准为EIAEIA、CCITTCCITT（现称为（现称为ITUTITUT）及）及IEEEIEEE制定。制定。2 2中继器的功能中继器的功能 中继器常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工中继器常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作，连接两个（或多个）网段，对信号起中继放大作用，补作，连接两个（或多个）网段，对信号起中继放大作用，补偿信号衰减，支持远距离的通信。中继器主要完成物理层的偿信号衰减，支持远距离的通信。中继器主要完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号功能，负责在两个节点的物理层上按位
16、传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此延长网络的长度。中继器对的复制、调整和放大功能，以此延长网络的长度。中继器对所有送达的数据不加选择地予以传送。所有送达的数据不加选择地予以传送。在以太网中通常利用中继器扩展总线的电缆长度，标准在以太网中通常利用中继器扩展总线的电缆长度，标准细缆以太网的每段长度最大为细缆以太网的每段长度最大为185185米，最多可有米，最多可有5 5段，因此增段，因此增加中继器后，最大网络电缆长度则可提高到加中继器后，最大网络电缆长度则可提高到925925米。一般来米。一般来说，中继器两端的网络部分是网段，而不是子网。说，中继器两端的网络部分是网段，而不是子网。3
17、3中继器连接的介质中继器连接的介质 一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。有些品牌的中有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。有些品牌的中继器可以连接不同物理介质的电缆段，如细同轴电缆和光缆。继器可以连接不同物理介质的电缆段，如细同轴电缆和光缆。6.3.2 数据链路层互连设备 数据链路层的互连如图数据链路层的互连如图6-46-4所示，主要解决的问题是在所示，主要解决的问题是在不同的网络间存储和转发数据帧。互连的主要设备是网桥。不同的网络间存储和转发数据帧。互连的主要设备是网桥。图6-4 数据链路层互连
18、 1 1网桥的标准网桥的标准 网桥工作在网桥工作在OSIOSI模型中的第二层，即数据链路层。网桥模型中的第二层，即数据链路层。网桥的标准由的标准由IEEE 802IEEE 802工程的各个子委员会开发。工程的各个子委员会开发。2 2网桥的功能网桥的功能 网桥的功能是完成数据帧（网桥的功能是完成数据帧（frameframe）的转发，主要目的）的转发，主要目的是在连接的网络间提供透明的通信。数据帧转发的依据是数是在连接的网络间提供透明的通信。数据帧转发的依据是数据帧中的源地址和目的地址，用来判断一个帧是否转发和转据帧中的源地址和目的地址，用来判断一个帧是否转发和转发到哪个端口。帧中的地址称为发到哪
19、个端口。帧中的地址称为“MAC”MAC”地址或地址或“硬件硬件”地地址，一般就是网卡地址。址，一般就是网卡地址。提示提示 这里提到的透明的通信是指网络上的设备看不这里提到的透明的通信是指网络上的设备看不到网桥的存在，设备之间的通信就如同在一个网上到网桥的存在，设备之间的通信就如同在一个网上一样方便。一样方便。网桥还能起到隔离作用。当使用网桥连接如图网桥还能起到隔离作用。当使用网桥连接如图6-56-5所示所示的两段的两段LANLAN时，若节点时，若节点A A有数据帧要发送给节点有数据帧要发送给节点B B，网桥就检，网桥就检查目的地址为节点查目的地址为节点B B的地址，而节点的地址，而节点A A与
20、节点与节点B B都在都在LAN1LAN1上，上，网桥不将帧转发到网桥不将帧转发到LAN2LAN2，而是将其滤除。，而是将其滤除。图6-5网桥连接的网络 若节点若节点A A有数据帧要发送给节点有数据帧要发送给节点D D，网桥检查目的地址为，网桥检查目的地址为节点节点D D的地址，而节点的地址，而节点A A与节点与节点D D不是在同一网段上，网桥就不是在同一网段上，网桥就将它转发到将它转发到LAN2LAN2。这表明，这表明，LAN1LAN1和和LAN2LAN2上各有一对用户在本网段上可以同上各有一对用户在本网段上可以同时进行通信。由此看出，网桥在一定条件下具有增加网络带时进行通信。由此看出，网桥在
21、一定条件下具有增加网络带宽的作用。宽的作用。3网桥的特点 网桥的特点如表网桥的特点如表6-16-1所示。所示。表6-1网桥的特点优点易于扩展适应于连接使用不同MAC协议的LAN对高层协议完全透明有利于改善可靠性、可用性和安全性缺点比中继器时延长，因为要接收帧并进行缓冲不提供流控功能 4 4网桥的种类网桥的种类 所有网桥都是在数据链路层提供连接服务，网桥的分所有网桥都是在数据链路层提供连接服务，网桥的分类方法有多种，如表类方法有多种，如表6-26-2所示。在本书中主要介绍透明网桥、所示。在本书中主要介绍透明网桥、转换网桥、封装网桥和源路由选择网桥。转换网桥、封装网桥和源路由选择网桥。表6-2网桥
22、的分类根据网桥连接的网络段的距离远近分类本地网桥：直接连接距离很近的网络段远程网桥：连接远距离的网络段根据网桥所连接的网络段数量分类级联网桥：连接两个网络段多端口网桥：连接多个网络段根据介质访问控制协议的不同分类透明网桥：用于以太网环境转换网桥：用于具有不同介质类型格式及传输机制的网络间封装网桥：用于连接FDDI骨干网源路由选择网桥：用于连接令牌环网 所谓所谓“透明网桥透明网桥”是指，它对任何数据站都完全透明，是指，它对任何数据站都完全透明，用户感觉不到它的存在，也无法对网桥寻址，所有的路由判用户感觉不到它的存在，也无法对网桥寻址，所有的路由判决全部由网桥自己确定。当网桥连入网络时，它能自动初
23、始决全部由网桥自己确定。当网桥连入网络时，它能自动初始化并对自身进行配置。化并对自身进行配置。转换网桥是透明网桥的一种特殊形式，它为物理层和数转换网桥是透明网桥的一种特殊形式，它为物理层和数据链路层使用不同协议的据链路层使用不同协议的LANLAN提供网络连接服务。提供网络连接服务。转换网桥通过处理与每种转换网桥通过处理与每种LANLAN类型相关的信封来提供连类型相关的信封来提供连接服务。转换网桥提供的处理由于令牌环和接服务。转换网桥提供的处理由于令牌环和EthernetEthernet信封类信封类似而比较简单。但是，这两种似而比较简单。但是，这两种LANLAN的帧长不同，转换网桥又的帧长不同，
24、转换网桥又不能将长帧分段，所以在使用这种网桥时，所互连的不能将长帧分段，所以在使用这种网桥时，所互连的LANLAN所所发送的帧长要能被两种发送的帧长要能被两种LANLAN接受。接受。封装网桥通常用于连接封装网桥通常用于连接FDDIFDDI骨干网。与转换网桥不同，骨干网。与转换网桥不同，封装网桥是将接收的帧置于封装网桥是将接收的帧置于FDDIFDDI骨干网使用的信封内，并将骨干网使用的信封内，并将封装的帧转发到封装的帧转发到FDDIFDDI骨干网，进而传递到其他封装网桥，拆骨干网，进而传递到其他封装网桥，拆除信封，送到预定的工作站。除信封，送到预定的工作站。为解释其工作过程，假定为解释其工作过程
25、，假定LAN1LAN1上的工作站上的工作站A A要将报文发要将报文发往往LAN3LAN3上的工作站上的工作站F F，如图，如图6-66-6所示。其步骤如下。所示。其步骤如下。图6-6封装网桥连接FDDI骨干网 第第1 1步：封装网桥使用步：封装网桥使用LAN1LAN1所用的物理层和数据链路所用的物理层和数据链路层协议，读取层协议，读取A A发送的数据帧的目的地址，即发送的数据帧的目的地址，即F F的的MACMAC地址。地址。第第2 2步：封装网桥步：封装网桥1 1接收寻址到其他接收寻址到其他LANLAN上的帧，并将这上的帧，并将这些帧置于些帧置于FDDIFDDI的信封内，将此信封发送到的信封内
26、，将此信封发送到FDDIFDDI骨干网上。骨干网上。第第3 3步：封装网桥步：封装网桥1 1对寻址到对寻址到LAN1LAN1上设备的帧全都滤除。上设备的帧全都滤除。第第4 4步：封装网桥步：封装网桥2 2接收所有帧，去掉信封，检查目的地接收所有帧，去掉信封，检查目的地址（址（F F的的MACMAC地址）。由于地址）。由于MAC MAC 帧地址不在本地帧地址不在本地LAN2LAN2上，于是上，于是将这些帧滤除。将这些帧滤除。第第5 5步：封装网桥步：封装网桥3 3接收所有帧，去掉信封，检查目的地接收所有帧，去掉信封，检查目的地址（址（F F的的MACMAC地址）。由于地址）。由于MACMAC帧地
27、址处于本地帧地址处于本地LAN3LAN3，封装网，封装网桥桥3 3便使用便使用LAN3LAN3的物理层和数据链路层协议将帧发给的物理层和数据链路层协议将帧发给LAN3LAN3的的工作站工作站F F。第第6 6步：封装网桥步：封装网桥4 4的操作与封装网桥的操作与封装网桥2 2相同。相同。第第7 7步：封装网桥步：封装网桥1 1将来自将来自FDDIFDDI骨干网的帧从骨干网的帧从FDDIFDDI双环上双环上撤离。撤离。源路由选择网桥主要用于互连令牌环网。图源路由选择网桥主要用于互连令牌环网。图6-76-7是使用是使用源路由选择网桥互连源路由选择网桥互连5 5个令牌环网的结构。源路由选择网桥个令牌
28、环网的结构。源路由选择网桥与上述与上述3 3种桥的一个基本区别是，源路由选择网桥要求信源种桥的一个基本区别是，源路由选择网桥要求信源（不是网桥本身）提供传递帧到终点所需的路由信息。（不是网桥本身）提供传递帧到终点所需的路由信息。信源是指数据的发送方。信源是指数据的发送方。使用源路由选择网桥时，网桥不需要保存转发数据帧，使用源路由选择网桥时，网桥不需要保存转发数据帧，它对帧实施转发和滤除的依据是帧信封内包括的数据。信源它对帧实施转发和滤除的依据是帧信封内包括的数据。信源要想在发送数据时写入到达终点的路由，必须先通过要想在发送数据时写入到达终点的路由，必须先通过“路由路由探询过程探询过程”来获得。
29、来获得。路由探询有多种方法实现，本书中尺介绍其中的一种路由探询有多种方法实现，本书中尺介绍其中的一种路由探询过程。以图路由探询过程。以图6-76-7所示的网络为例，假定所示的网络为例，假定LAN1LAN1上的工上的工作站作站A A要将报文发往要将报文发往LAN5LAN5上的工作站上的工作站B B，其步骤如下。，其步骤如下。第第1 1步：步：LAN1LAN1上的工作站上的工作站A A通过发送通过发送“探询探询”包来启动路包来启动路径发现过程。探询包使用独一无二的信封，只有源路由选择径发现过程。探询包使用独一无二的信封，只有源路由选择网桥才能识别。网桥才能识别。第第2 2步：每个源路由选择网桥一旦
30、收到探询包，便将接步：每个源路由选择网桥一旦收到探询包，便将接收包的连接和自身的名字写到探询包的路由选择信息字段。收包的连接和自身的名字写到探询包的路由选择信息字段。第第3 3步：网桥将包扩散到除本连接之外的所有连接上。步：网桥将包扩散到除本连接之外的所有连接上。提示提示 同一探询包的多个拷贝可能出现在同一探询包的多个拷贝可能出现在LANLAN上，探询包的接上，探询包的接收者也将收到多个拷贝，从源点到终点每一可能的通路便有收者也将收到多个拷贝，从源点到终点每一可能的通路便有一个拷贝。一个拷贝。每个接收到的帧都包括由连接每个接收到的帧都包括由连接/网桥名字构成的系列表，网桥名字构成的系列表，该系
31、列表列出了从源到终点的可能路径。该系列表列出了从源到终点的可能路径。第第4 4步：工作站步：工作站B B根据最快最直接的原则选择一个路径，根据最快最直接的原则选择一个路径，并向工作站并向工作站A A发回一个响应。该响应列出发回一个响应。该响应列出A A到到B B由中间桥和由中间桥和LANLAN连接组成的特定路径。连接组成的特定路径。第第5 5步：工作站步：工作站A A收到路径后，将其存储在存储器中，供收到路径后，将其存储在存储器中，供其以后使用。其以后使用。这些报文包括在由源路由选择桥可以识别的不同类型的这些报文包括在由源路由选择桥可以识别的不同类型的信封中。网桥接收到这种信封，只需对连接和网
32、桥组成的表信封中。网桥接收到这种信封，只需对连接和网桥组成的表进行扫描就可获得转发信息。进行扫描就可获得转发信息。图6-7路由选择网桥互连5个令牌环网 6.3.3 网络层互连设备 网络层的互连如图网络层的互连如图6-86-8所示，主要解决的问题是在不同所示，主要解决的问题是在不同的网络间存储和转发分组。互连的主要设备是路由器。的网络间存储和转发分组。互连的主要设备是路由器。图6-8 网络层互连 1 1路由器的功能路由器的功能 路由器是互联网的主要设备，它具有以下路由器是互联网的主要设备，它具有以下3 3个基本功能。个基本功能。（1 1）连接功能）连接功能 路由器不但可以连接不同的路由器不但可以
33、连接不同的LANLAN，还可以连接不同的网，还可以连接不同的网络类型（如络类型（如LANLAN或或WANWAN），不同速率的链路或子网接口。另外，），不同速率的链路或子网接口。另外，通过路由器，可以在不同的网段之间定义网络的逻辑边界，通过路由器，可以在不同的网段之间定义网络的逻辑边界，从而将网络分成独立的广播域。因此，路由器可以用来做流从而将网络分成独立的广播域。因此，路由器可以用来做流量隔离，将网络中的广播通信量限定在某一局部，以免扩散量隔离，将网络中的广播通信量限定在某一局部，以免扩散到整个网络，并影响到其他的网络。到整个网络，并影响到其他的网络。（2 2）网络地址判断、最佳路由选择和数据
34、处理功能）网络地址判断、最佳路由选择和数据处理功能 路由器为每一种网络层协议建立路由表并对其加以维护。路由器为每一种网络层协议建立路由表并对其加以维护。路由表可以是静态的，也可以是动态的。在路由表生成后，路由表可以是静态的，也可以是动态的。在路由表生成后，路由器要每个帧的协议类型，取出网络层目的地址，并按指路由器要每个帧的协议类型，取出网络层目的地址，并按指定协议的路由表中的数据来决定是否转发该数据。另外，路定协议的路由表中的数据来决定是否转发该数据。另外，路由器还根据链路速率、传输开销和链路拥塞等参数来确定数由器还根据链路速率、传输开销和链路拥塞等参数来确定数据包转发的最佳路径。据包转发的最
35、佳路径。在数据处理方面，其加密和优先级等处理功能有助于路在数据处理方面，其加密和优先级等处理功能有助于路由器能有效地利用宽带网的带宽资源。特别是它的数据过滤由器能有效地利用宽带网的带宽资源。特别是它的数据过滤功能，可限定对特定数据的转发。例如，可以不转发它不支功能，可限定对特定数据的转发。例如，可以不转发它不支持的协议数据包，不转发以未知网络为信宿的数据包，不转持的协议数据包，不转发以未知网络为信宿的数据包，不转发广播信息，从而起到防火墙的作用，避免广播风暴的出现。发广播信息，从而起到防火墙的作用，避免广播风暴的出现。（3 3）设备管理）设备管理 由于路由器工作在网络层，因此可以了解更多的高层
36、信由于路由器工作在网络层，因此可以了解更多的高层信息，可以通过软件协议本身的流量控制功能控制数据转发的息，可以通过软件协议本身的流量控制功能控制数据转发的流量，以解决拥塞问题。还可以提供对网络配置管理、容错流量，以解决拥塞问题。还可以提供对网络配置管理、容错管理和性能管理的支持。管理和性能管理的支持。路由器是一种智能型的设备，它的特点如下：路由器是一种智能型的设备，它的特点如下：路由器是在网络层上实现多个网络的互连；路由器是在网络层上实现多个网络的互连；路由器能解决数据传输的最佳路径；路由器能解决数据传输的最佳路径；路由器要求节点在网络层以上的各层中使用相同或兼容路由器要求节点在网络层以上的各
37、层中使用相同或兼容的协议。的协议。2 2路由器的相关概念路由器的相关概念 （1 1）静态路由表）静态路由表 由系统管理员事先设置好的固定路由表称之为静态由系统管理员事先设置好的固定路由表称之为静态（staticstatic）路由表，一般是在系统安装时就根据网络的配置）路由表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。（2 2）动态路由表）动态路由表 动态（动态（DynamicDynamic）路由表是路由器根据网络系统的运行）路由表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整形成的路由表。路由器根据路由选择协
38、议情况而自动调整形成的路由表。路由器根据路由选择协议（Routing ProtocolRouting Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算出数据传输的最佳路径。行情况，在需要时自动计算出数据传输的最佳路径。3 3路由器的类型路由器的类型 路由器按照不同的划分标准有多种类型。常见的分路由器按照不同的划分标准有多种类型。常见的分类如表类如表6-36-3所示。所示。从性能档次分类高档路由器：吞吐量大于40Gbit/s的路由器中档路由器：吞吐量在25Gbit/s40Gbit/s之间的路由器表6-3 路由器的分类低档路由器：吞吐量低
39、于低档路由器：吞吐量低于25Gbit/s25Gbit/s的路由器的路由器从结构上分类模块化路由器：模块化结构非模块化路由器：提供固定的端口从功能上分类接入级路由器：主要应用于连接家庭或ISP内的小型企业客户群体企业级路由器：连接多终端系统骨干级路由器：实现企业级网络互连 本节只介绍接入级路由器、企业级路由器和骨干级路由本节只介绍接入级路由器、企业级路由器和骨干级路由器三种。器三种。（1 1）接入路由器）接入路由器 接入路由器不但提供接入路由器不但提供SLIPSLIP或或PPPPPP连接，还支持连接，还支持PPTPPPTP和和IPSecIPSec等虚拟私有网络协议。这些协议要能在每个端口上运等虚
40、拟私有网络协议。这些协议要能在每个端口上运行。例如行。例如ADSLADSL等技术可以提高各家庭的可用带宽，这将进一等技术可以提高各家庭的可用带宽，这将进一步增加接入路由器的负担。步增加接入路由器的负担。（2 2）企业级路由器）企业级路由器 企业级路由器的主要目标是以尽量低的成本实现尽可能企业级路由器的主要目标是以尽量低的成本实现尽可能多的节点互联，并进一步要求支持不同的服务质量多的节点互联，并进一步要求支持不同的服务质量QoSQoS。有。有路由器参与的网络能够将机器分成多个碰撞域，并因此能够路由器参与的网络能够将机器分成多个碰撞域，并因此能够控制一个网络的大小。此外，路由器还支持一定的服务等级
41、，控制一个网络的大小。此外，路由器还支持一定的服务等级，至少允许分成多个优先级别。但是路由器的端口造价要贵些，至少允许分成多个优先级别。但是路由器的端口造价要贵些，并且在能够使用之前要进行大量的配置工作。因此，企业路并且在能够使用之前要进行大量的配置工作。因此，企业路由器的成败在于是否提供大量端口且端口的造价很低，是否由器的成败在于是否提供大量端口且端口的造价很低，是否容易配置，是否支持容易配置，是否支持QoSQoS。另外还要求企业级路由器有效地。另外还要求企业级路由器有效地支持广播和组播。企业网络还要处理历史遗留的各种支持广播和组播。企业网络还要处理历史遗留的各种LANLAN技技术，支持多种
42、协议，包括术，支持多种协议，包括IPIP、IPXIPX等。它们还要支持防火墙、等。它们还要支持防火墙、包过滤以及大量的管理和安全策略以及包过滤以及大量的管理和安全策略以及VLANVLAN。（3 3）骨干级路由器）骨干级路由器 对骨干级路由器的要求是速度和可靠性，代价则处于对骨干级路由器的要求是速度和可靠性，代价则处于次要地位。硬件可靠性可以采用电话交换网中使用的技术，次要地位。硬件可靠性可以采用电话交换网中使用的技术，如热备份、双电源、双数据通路等来获得。骨干如热备份、双电源、双数据通路等来获得。骨干IPIP路由器的路由器的主要性能瓶颈，是在转发表中查找某个路由所耗的时间。即主要性能瓶颈，是在
43、转发表中查找某个路由所耗的时间。即当收到一个包时，输入端口在转发表中查找该包的目的地址当收到一个包时，输入端口在转发表中查找该包的目的地址以确定其目的端口。以确定其目的端口。6.3.4 高层互连设备 传输层及以上各层协议不同的网络之间的互连属于高传输层及以上各层协议不同的网络之间的互连属于高层互连，如图层互连，如图6-96-9所示。实现高层互连的主要设备是网关。所示。实现高层互连的主要设备是网关。图6-9 高层互连 1 1网关的功能网关的功能 网关也叫网间协议变换器，它是比网桥与路由器更复杂网关也叫网间协议变换器，它是比网桥与路由器更复杂的网络互连设备。网关可以实现不同协议的网络间的互连，的网
44、络互连设备。网关可以实现不同协议的网络间的互连，包括不同网络操作系统的网络间的互连，也可以实现局域网包括不同网络操作系统的网络间的互连，也可以实现局域网与远程网间的互连。与远程网间的互连。当两个完全不同的网络（不仅硬件不同，整体结构、数当两个完全不同的网络（不仅硬件不同，整体结构、数据类型和通信协议也可以完全不同）连接时，通常使用网关。据类型和通信协议也可以完全不同）连接时，通常使用网关。如图如图6-106-10所示。所示。图6-10网关连接的网络 2网关的使用 网关用于以下几种场合的异构网络互连：网关用于以下几种场合的异构网络互连：（1 1）异构型局域网，如互连专用交换网）异构型局域网，如互
45、连专用交换网PBXPBX与遵循与遵循IEEE 802IEEE 802标准的局域网；标准的局域网；（2 2）局域网与广域网的互连；）局域网与广域网的互连；（3 3）广域网与广域网的互连；）广域网与广域网的互连；（4 4）局域网与主机的互连（当主机的操作系统与网络操作系）局域网与主机的互连（当主机的操作系统与网络操作系统不兼容时，可以通过网关连接）。统不兼容时，可以通过网关连接）。3 3网关的分类网关的分类 按照不同的分类标准，网关也有很多种。目前，网关主按照不同的分类标准，网关也有很多种。目前，网关主要有三种：协议网关、应用网关、安全网关。要有三种：协议网关、应用网关、安全网关。协议网关：通常在
46、使用不同协议的网络区域间完成协议协议网关：通常在使用不同协议的网络区域间完成协议转换。转换。应用网关：是在使用不同数据格式间翻译数据的系统。应用网关：是在使用不同数据格式间翻译数据的系统。安全网关：是各种技术的融合，具有重要且独特的保护安全网关：是各种技术的融合，具有重要且独特的保护作用，其范围从协议级过滤到十分复杂的应用级过滤。作用，其范围从协议级过滤到十分复杂的应用级过滤。提示提示 交换机是一个非常重要的网络互连设备。在第交换机是一个非常重要的网络互连设备。在第5 5章，我章，我们曾讲过根据们曾讲过根据OSIOSI的分层结构，交换机可分为二层交换机、的分层结构，交换机可分为二层交换机、三层
47、交换机、四层交换机，所以交换机设备即是数据链路层三层交换机、四层交换机，所以交换机设备即是数据链路层的互连设备，也是网络层和传输层及高层的互连设备。但某的互连设备，也是网络层和传输层及高层的互连设备。但某一具体的交换机仅工作在某一层。一具体的交换机仅工作在某一层。6.4 6.4 实例实例 实例实例6-1 6-1 图图6-116-11是一个中小型校园网的拓扑是一个中小型校园网的拓扑结构图，请分析图中结构图，请分析图中A A、B B、C C、D D、E E、F F处各适合采处各适合采用什么样的网络互连设备。用什么样的网络互连设备。图6-11 中小型校园网的拓扑结构图 分析：分析：A A设备在网络中
48、心的最顶层，它直接与互联网连接，同设备在网络中心的最顶层，它直接与互联网连接，同时内连校园网中的防火墙，故此处采用路由器比较适合。时内连校园网中的防火墙，故此处采用路由器比较适合。B B设备连接着路由器和各建筑物的互连设备，这里适合设备连接着路由器和各建筑物的互连设备，这里适合采用交换机。考虑到现在高校的人数一般都比较多，计算机采用交换机。考虑到现在高校的人数一般都比较多，计算机数量也比较多，为了方便管理，故此处宜选用支持数量也比较多，为了方便管理，故此处宜选用支持VLANVLAN的三的三层路由交换机。层路由交换机。C C、D D、E E、F F设备的作用是将各建筑内的计算机连接起来，设备的作
49、用是将各建筑内的计算机连接起来，所以我们只需根据每幢楼的计算机数量决定选择多少口的普所以我们只需根据每幢楼的计算机数量决定选择多少口的普通交换机即可。现在普通的交换机一般为通交换机即可。现在普通的交换机一般为2424口，也有口，也有4848口交口交换机，如果一幢楼的计算机超过这个数量，可以将交换机进换机，如果一幢楼的计算机超过这个数量，可以将交换机进行级联，也可以采用可堆叠的交换机进行堆叠。行级联，也可以采用可堆叠的交换机进行堆叠。定义：定义：A A数据链路层实现网络互连的设备数据链路层实现网络互连的设备 B B将分布在不同地理位置的网络或设备相连构成更大规模的将分布在不同地理位置的网络或设备相连构成更大规模的网络系统网络系统 C C网络层实现网络互连的设备网络层实现网络互连的设备 D D网络层互连设备，但互连的网络层协议不同网络层互连设备，但互连的网络层协议不同 E E在传输层及其以上高层实现网络互连的设备在传输层及其以上高层实现网络互连的设备 F F网络中不同计算机系统之间具有透明访问对方资源的能力网络中不同计算机系统之间具有透明访问对方资源的能力