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1、5.1网络互联概述5.2网络互联设备*5.3广域网简介习题5 0第5章 网络互联与广域网5.1 网络互联概述网络互联概述5.1.1 网络互联的概念网络互联的概念网络互联就是利用网络互联设备，将分布在不同地域上的计算机网络相连接，以构成更大的计算机网络系统，其目的在于实现处于不同网络上的用户间相互通信和相互交流，以实现更大范围的数据通信和资源共享。5.1.2 网络互联的层次网络互联的层次由于网络体系结构上的差异，网络互联可在不同的层次上进行。按OSI模型的层次划分，可将网络互联划分为四个层次：物理层互联、数据链路层互联、网络层互联和高层互联。互联层次模型和网络互联设备如图5-1所示。图5-1网络
2、互联的层次及设备5.1.3 网络互联的类型网络互联的类型由于互联网络的类型和规模不同，因此网络互联的类型多种多样。本书仅讨论局域网和广域网的互联，故网络互联可分为以下三种主要类型：局域网局域网互联(LAN-LAN)；局域网广域网互联(LAN-WAN)；广域网之间的互联(WAN-WAN)。1局域网局域网局域网互联局域网互联局域网与局域网的互联是实际应用中最多、最常见的互联类型。局域网与局域网互联可以分为同种局域网互联和异型局域网互联。2局域网局域网广域网互联广域网互联局域网与广域网的互联是指将局域网通过网间设备连接到广域网上，其目的是局域网用户能够从广域网上获取资源和服务，或者是向外部用户提供局
3、域网资源。3广域网广域网广域网互联广域网互联广域网是一个国家或地区的信息高速公路，一般由国家投资建设和管理，为全社会提供数据通信和信息资源服务，一个国家通常有多个广域网络，这些广域网络需要相互连接起来，构成整个国家的信息高速公路。5.2 网络互联设备网络互联设备5.2.1 中继器中继器中继器又称转发器，是在物理层上实现局域网网段互联的设备。在网络中的传输介质都有传输距离的限制，中继器便成为扩展局域网的硬件设备，属于物理层的中继系统。中继器的功能是在物理层内实现透明的二进制比特复制，补偿信号衰减，在网络数据传输过程中起到放大信号的作用。如图5-2所示。图5-2中继器的连接示意图5.2.2 网桥网
4、桥网桥也称桥接器，它是数据链路层上的局域网之间的互联设备。网桥的功能是负责在数据链路层上实现数据帧的存储转发和协议转换，用来实现多个网络系统之间的数据交换。网桥的作用是扩展网络的距离，并通过过滤信息流减轻网络的负担。图5-3为网桥的连接示意图。图5-3网桥的连接示意图网桥能够互联两个不同类型的局域网，对不同网络的数据帧从格式、大小、传输速率等方面进行网络协议的转换，实现在不同类型局域网之间的转换功能，其工作原理示意图如图5-4所示。图5-4网桥的工作原理示意图通过网桥实现网络互联具有如下特点：(1)网桥在数据链路层上实现局域网互联，需要互联的网络在数据链路层以上采用相同的协议。(2)能够互联两
5、个采用不同的数据链路层协议、传输介质与传输速率的网络。(3)网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互联网络之间的通信。(4)由于网桥工作在数据链路层，不受MAC定时特性的限制，可以连接的网络跨度几乎是无限的。(5)网桥可分隔两个网络之间的广播通信，有利于改善互联网络的性能与安全性。(6)网桥可以将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成一个单个的逻辑局域网，即连接起来的局域网从逻辑上是一个网络。5.2.3交换机交换机也是工作在数据链路层(OSI模型中第二层)上的设备，性能优于网桥，具体表现在如下几个方面：(1)网桥的数据帧转发功能是通过软件来实现的，而交换机的数据帧转发功能是通过硬件来实现的
6、，转发速度快。(2)局域网交换机可以起到网桥的作用，具有低交换传输延迟、高传输带宽的优点。(3)通过硬件结构，交换机数据帧处理延迟时间由网桥的几百微秒减少到几十微秒。(4)交换机可以实现VLAN划分和网络管理等功能。5.2.4 路由器路由器1路由器的功能路由器的功能路由器(Router)是工作在IP协议网络层，实现子网之间转发数据的设备，它通过路由协议交换网络的拓扑结构信息，依照拓扑结构动态生成路由表。路由器用于连接多个逻辑网络。所谓逻辑网络，是一个单独的网络或者一个子网。一般来说，异种网络互联与多个子网互联都应采用路由器来完成。在局域网和广域网的互联中路由器是最关键、最重要的设备。图5-5为
7、路由器实现的网络互联示意图。图5-5路由器实现的网络互联示意图2路由器的工作原理路由器的工作原理路由器的工作过程如图5-6所示。假设局域网1、局域网2、局域网3的网络地址分别为IP地址202.117.179.0、203.118.1.0、210.27.80.0，而每一台主机也都有自己的地址，如局域网1节点101的IP地址为202.117.179.101，局域网2节点104的IP地址为210.27.80.104。图5-6路由器工作原理示意图3路由器的特点路由器的特点归纳起来，路由器具有如下几方面的特点：(1)路由器是在网络层上实现多个网络之间互联的设备。(2)路由器为两个或三个以上网络之间的数据传
8、输解决最佳路径选择。(3)路由器要求节点在网络层以上的各层使用相同或兼容的协议。(4)路由器可以有效地隔离多个局域网的广播通信量，每一个局域网都是独立的子网。(5)路由器实现网络层互联时，允许互联网络的网络层及以下各层协议是相同的，也可以是不同的。5.2.5 网关网关1网关的功能网关的功能网关是工作在传输层及以上各层，实现网络互联的设备，用于连接两个或多个物理网络结构完全不同、高层协议也不一样的网络，支持不同协议之间的转换，实现不同协议网络之间的互联，既可以用于广域网互联，也可以用于局域网互联。2网关的基本类型网关的基本类型1)协议网关协议网关协议网关的主要功能是在不同协议的网络区域间进行协议
9、转换，这是一般公认的网关功能。在被互联的网络中，可能存在着数据封装格式、数据分组大小和传输率等方面的差异，这些网络之间相互进行数据通信时采用的网络协议不同。为实现网络互联就必须消除不同网络之间的差异，从而需要使用协议网关。2)应用网关应用网关应用网关在应用层上进行协议转换，是在不同数据格式间翻译数据的系统。主要是针对一些专门的应用而设置的网关，其主要作用是将某个服务的一种数据格式转化为该服务的另外一种数据格式，从而实现数据交流。这种网关通常是作为某个特定服务的服务器，但是又兼具网关的功能。3)安全网关安全网关最常用的安全网关就是包过滤器，实际上就是对数据包的源地址、目的地址和端口号、网络协议进
10、行授权。通过对这些信息的过滤处理，让有许可权的数据包传输通过网关，而对那些没有许可权的数据包进行拦截甚至丢弃。这跟软件防火墙有一定的相同之处，但是与软件防火墙相比较安全网关数据处理量大，处理速度快，可以很好地对整个本地网络进行保护而不对整个网络造成瓶颈。5.2.6 第三层交换技术第三层交换技术1第三层交换技术的基本概念第三层交换技术的基本概念第三层交换技术也称为多层交换技术、IP交换技术或高速路由技术，是相对于传统交换概念而提出的。传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层即数据链路层上进行操作的，而第三层交换技术是在网络模型中的第三层实现数据包的高速转发的。2第三层交换技术的应用第三层交
11、换技术的应用三层交换从概念的提出到今天的普及应用，它在网络建设中的应用越来越广泛，从最初骨干层、中间的汇聚层一直渗透到边缘的接入层。图5-7是传统路由器作为主干节点的网络结构示意图。图5-7路由器作为主干节点的结构图图5-8是第三层交换机作为主干节点的网络结构示意图。由于三层交换技术的出现，增加第三层交换机后，大量的业务流量完全由第三层交换机的汇聚层完成，而第三层交换机的性能非常高，既有三层路由的功能，又具有二层交换的网络速度。二层交换基于MAC寻址，三层交换则是转发基于第三层地址的业务流；除了必要的路由决定过程外，大部分数据转发过程由二层交换处理，提高了数据包转发的效率，极大地提高了网络性能
12、。图5-8第三层交换机的主干节点结构5.3 广广域域网网简简介介5.3.1 广域网概述广域网概述广域网(WAN)又称为远程网，是指覆盖范围广、传输距离远的远程网络，是将局域网连接起来的更大网络。广域网由一些节点交换机(也称通信处理机)以及连接这些交换机的链路(通信线路和设备)组成，传输距离没有限制。广域网的节点交换机实际上就是配置了通信协议的专用计算机，是一种智能型通信设备。1广域网的结构广域网的结构广域网分为通信子网与资源子网两部分，广域网的通信子网主要由节点交换机和连接这些交换机的链路组成。节点交换机完成分组存储转发的功能，节点间都是点对点的连接，为了提高网络的可靠性，通常将一个节点交换机
13、与多个节点交换机相连。广域网结构示意图如图5-9所示。图5-9广域网结构示意图2广域网的特点广域网的特点广域网的特点具体概括如下：(1)覆盖范围广，可达数千千米甚至全球。(2)广域网没有固定的拓扑结构，但通信子网多为网状拓扑结构。(3)广域网通常使用高速光纤作为传输介质。(4)局域网可以作为广域网的终端用户与广域网连接。(5)广域网主干带宽大，目前可达10Gb/s，但提供给单个终端用户的带宽小。(6)数据传输距离远，往往要经过多个广域网设备转发，延时较长。(7)广域网管理、维护困难。3广域网提供的服务广域网提供的服务1)无连接的网络服务无连接的网络服务无连接的网络服务的具体实现就是数据报服务，
14、网络层将主机上待传输的数据进行分组，形成若干长度相等的数据报，每个数据报都附加有传输地址和序号等信息，网络层为每个数据报独立地选择路由，网络只是尽力地将数据报交付到目的主机，但对源主机没有任何承诺，即网络不保证所传输的数据报不丢失，也不保证传输顺序、传输时限等。2)面向连接的网络服务面向连接的网络服务面向连接的网络服务的具体实现就是虚电路服务，可在源主机与目的主机间进行可靠的数据传输。5.3.2 公用数据通信网公用数据通信网广域网常用于互联相距很远的局域网，所以在许多广域网中，公用网络系统一般用来充当通信子网，广域网的通信子网一般都是由公用数据通信网充当。广域网可以分为公用传输网络、专用传输网
15、络和无线传输网络。公用传输网络大体可以分为以下两类：(1)电路交换网络，主要有公用交换电话网和综合业务数字网。(2)分组交换网络，主要有X.25分组交换网、帧中继和交换式多兆位数据服务。下面简要介绍常见的公用数据通信网。1公用电话交换网公用电话交换网公用电话交换网(PublicSwitchTelephoneNetwork，PSTN)即日常生活中的电话网，是一种以模拟技术为基础的电路交换网络，其特点是通信资费低、数据传输质量差、传输速率低、网络资源利用率低等。2综合业务数字网综合业务数字网综合业务数字网具有以下特点：(1)传输速率较快，在没有ISDN时，人们使用调制解调器上网，传输速率不超过56
16、kb/s，利用ISDN后传输速率可达128kb/s。(2)可靠性较强，ISDN是数字传输，比模拟信号传输受静电和噪声的影响小，传输质量提高；(3)可处理包括语音、文本、图像、视频等在内的各种类型信息。(4)可同时执行多个通信任务，在一条ISDN线路上可以用一个信道进行电话业务，另一个信道进行网络传输业务。ISDN是普遍使用的电话网的一部分，也被称为“一线通”。3公共分组交换数据网公共分组交换数据网分组交换网诞生于20世纪70年代，是一个以数据通信为目的的公共数据网，基于分组交换技术，采用全网状结构。分组交换网的特点是：通信对象广泛，具有网络管理和诊断功能，传输质量较高，安全保密性高，可以在一条
17、线路上同时开放多条虚电路等。4帧中继网帧中继网帧中继的特点如下：(1)帧中继只完成OSI模型中物理层和数据链路层的功能，将流量控制和纠错等功能交给智能终端完成，从而大大简化了节点间的协议，提高了传输速率，减少了网络延时。(2)帧中继采用虚电路技术，能够充分利用网络资源，是远程LAN间互联的最佳选择。5数字数据网数字数据网数字数据网的特点如下：(1)传输质量高，时延短，速率高。(2)提供的数字电路为全透明的半永久性连接。(3)网络的安全性高。(4)方便用户组建虚拟专用网。(5)提供灵活的接入方式，支持数据、语音、图像等服务。5.3.3 广域网接入广域网接入1网络接入的概念网络接入的概念广域网接入
18、解决的是网络用户(包括单位局域网用户、社区群体用户、家庭个人用户等)终端如何接入到广域网(特别是Internet)的问题，也就是常说的“最后一千米接入”问题。2网络服务提供商网络服务提供商用户要接入广域网，需要网络服务提供商(InternetServiceProvider，ISP)的支持。网络服务提供商是网络的拥有者和管理者，为网络用户提供网络接入技术支持和服务。网络用户接入网络(特别是广域网及Internet)需要与当地的网络服务提供商进行联系，一方面取得合法的网络使用权限，另一方面需要得到网络的技术支持和信息服务。5.3.4 接入接入Internet的常用方法的常用方法接入Internet
19、的主要方式有两种：一种是拨号接入，另一种是通过局域网接入。1.拨号接入方式拨号接入方式1)拨号调制解调器拨号调制解调器将用户计算机通过电话线用拨号调制解调器与ISP相连。用户方通过调制解调器将PC输出的数字信号转换为模拟信号，以便在模拟电话线(双绞线)上传输。ISP方的调制解调器再将模拟信号转换成数字信号，作为ISP路由器输入。2)宽带接入宽带接入宽带接入为个人用户提供更高的比特率，用户可以同时接入Internet和打电话。主要有两种接入技术：混合光纤同轴电缆(HybridFiberCoaxialCable，HFC)和数字用户线路(DigitalSubscriberLine，DSL)。ADSL
20、(AsymmetricDigitalSubscriberLine)是一种新的数据传输方式，通过现有普通电话线为家庭、办公室提供宽带数据传输服务，是最基本和被广泛使用的技术。它使用单对铜介质电话线作为传输介质，采用频分复用技术把普通电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，从而避免了相互之间的干扰。ADSL的信道划分示意图如图5-10所示。由于上行和下行带宽不对称，因此称为非对称数字用户线环路。图5-10ADSL的信道划分示意图ADSL把1.1MHz的频带分为3个频率段：04kHz用于传输电话语音信号，1050kHz用于上行信息流的传输带宽，52kHz1.1MHz用于下行信息流的传输带宽。
21、ADSL为网络用户提供比普通拨号更高的传输速率，提供32kb/s8.192Mb/s的下行速率和32kb/s1.088Mb/s的上行速率。在同一根线上同时提供语音电话服务和传输数据服务，传输距离达35km。ADSL的典型连接结构如图5-11所示。图5-11ADSL典型连接结构2局域网接入方式局域网接入方式将局域网与边缘路由器连接，边缘路由器负责为目的地不在本局域网的分组选路。边缘路由器通过数据通信网与ISP的路由器相连，通过ISP与Internet的连接通道实现局域网与Internet的连接。局域网接入Internet的结构示意图如图5-12所示，数据通信线路可以使用DDN、X.25、帧中继等。
22、图5-12局域网接入意图习习 题题 5一、填空题一、填空题1网络互联就是利用网络，将分布在不同地域上的计算机网络相连接，以构成更大的网络系统，实现更大范围的数据通信和网络。2实现网络互联，就是在不同的网络体系结构上，选定一个相应的协议，使得从该层开始，被互联的网络设备中的高层协议都是，其低层和硬件的差异可通过该层，从而使网络用户的应用得以互通。对于网络用户来说，互联的网络结构是透明的。3网络互联的类型主要有三种：互联(LAN-LAN)；互联(LAN-WAN)；互联(WAN-WAN)。4物理层互联解决的问题是局域网距离的，不需要进行，只需要对信号进行再生放大，将两个以上距离较远的物理网络连接在一
23、起，构成一个物理局域网。5网络层互联允许互联网络的网络层及以下各层协议是，也可以是不同的。6传输层及以上各层协议不同的网络之间的互联属于。7网桥是一种层的网络互联设备，负责在层将数据帧进行存储转发，一般不对转发帧进行修改。8交换机是工作在层(OSI模型中第二层)上的设备，性能更优于网桥。9路由器不仅具有网桥的功能，而且还具有、协议转换、多路重发和错误检测等功能。10在局域网和广域网的互联中，是最关键、最重要的设备。11将局域网交换机的设计思想应用到路由器的设计中，就是，传统的路由器通过软件来实现路由选择功能，而采用第三层交换技术的路由器是通过硬件来实现路由选择功能的。12局域网的数据传输过程主
24、要由集线器、来控制，而广域网则需要经过来进行数据转发，甚至需要经过多个广域网，延时较长。13广域网的线路一般分为主干线路和线路。根据末端用户线路和广域网类型的不同，有多种接入广域网的技术和接口标准，接入广域网的主机系统或网络必须遵守这些接口标准。14从OSI层次模型上看，广域网的最高层为。15接入Internet的主要方式有两种：一种是方式，另一种是方式。二、选择题二、选择题1路由器和网桥比较，性能上的优点主要表现在()。A速度快B网络的隔离性能好C硬件易实现D效率高2在网络系统中，中继器处于()。A物理层B数据链路层C网络层D高层3在计算机局域网的构件中，本质上与中继器相同的是()。A网络适
25、配器B集线器C网卡D传输介质4在网络互联的层次中，()是在数据链路层实现互联的设备。A路由器B网桥C集线器D网关5网桥的功能是()。A网络分段B广播CLAN之间的互联D路径选择6路由就是网间互联，其功能发生在OSI参考模型的()。A物理层B数据链路层C网络层D以上都是7在同一个办公楼的两个部门，都已分别组建了自己部门的以太局域网，并且都选用了Windows2000Server作为网络操作系统，那么将这两个网络互联起来，最简单的方法是选用()设备。A路由器B网桥C集线器D网关8如果有多个局域网需要互联，并且希望将局域网的广播信息量能够很好地隔离开，那么最简单的办法是采用()将各网络互联。A路由器B交换机C集线器D网关三、简答题三、简答题1简述网络互联层次及互联设备。2简述路由器的主要功能。3简述第三层交换技术。4简述广域网的结构。5简述常见的公用数据通信网。