第十四讲网络互连

IEEE802.1定义了网桥的协议结构
• 网桥接收它所连接的每个局域网中的所有帧。连接k个 不同局域网的网桥有k个相应的不同的MAC子层和物理 层。 • 网桥的作用通过它的“过滤和转发”功能实现。当网 桥接收到一个MAC帧时，检查该帧的源地址和目的地址， 如果目的地址和源地址在同一网络中，则不对其进行 转发，这起到了相应的“过滤”作用，从而实现了对 网络的隔离。否则，根据它所保持的MAC地址表选择正 确的网络来进行“转发”。
路由器的功能
1、改进网络分段（每个网段的结点数是有限 的）。 2、相同类型的局域网互连，划分子网段，三层 交换，避免“广播风暴”。 3、不同局域网之间的路由能力，实现三层的数 据报文的转换。 4、连接WAN的路由能力。
路由器通过软件实现其功能，速度较慢，数据 报文延迟较大，高性能的路由器比较昂贵。
• 互连是基础，互通是手段，互操作是网 络互连的目的。
网络互连的层次
• 根据OSI参考模型的层次划分，网络协 议分别属于不同的层次，因次网络互连 也存在在层次的问题：
物理层 数据链路层 网络互连 高层互连
网络互连部件
• 网络互连部件是网络互连的关键，它既可以是 专门的设备，也可以利用各子网原有的结点。 • 网络互连部件在内部执行各子网的协议，成为 子网的一部分；实现不同子网协议之间的转换， 保证执行两种不同协议的网络之间可以进行互连 通信。 • 协议转换包括协议数据格式的转换、地址映射、 速率匹配、网间流量控制等。 • 参照ISO OSI/RM，协议转换的过程可以发生在 任何层次，如果某中继（relay）系统在进行信息 的转发时与其他系统共享第n层协议，不共享第 n+1层协议，那么这个中继系统就称为第n层中继 系统。网关（Gate- way）
• 采用网桥或者路由器连接两个或者两个以上 的网络时，都要求互相通信的用户结点具有 相同的高层通信协议。 • 如果两个网络完全遵循不同的体系结构，则 无论是网桥还是路由器都无法保证不同网络 的用户之间的有效通信，这时，必须引入新 的技术或者互连部件。 • 执行网络层以上高层协议的转换，或者实现 不同体系结构的网络协议转换的互连部件称 为网关（Gate- way）。
• 互通： • 是指两个网络之间可以交换数据
• 表明两个网络中的计算机可以进行数据 交互，实现了端到端的连接 • 这为不同网络中的计算机互操作提供了 条件。
• 互操作：
• 是指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。 • 互操作是通过高层软件来实现的。
• 互连、互通、互操作，表达了三层含义：
网络互连的优点
• 扩大资源共享的范围。更多的资源可以被更多的用户共 享。 • 提高网络的性能。网络性能会随着网上结点的增加、网 络覆盖范围的扩大而降低。 • 降低成本。当同一地区的多台主机希望接入另一地区的 某个网络时，采用主机先行联网（局域网或者广域网）， 再通过网络互连技术达到目的的方法可以大大降低联网 成本。 • 提高安全性。将具有相同权限的用户主机组成一个网络， 在网络互连设备上严格控制其它用户对该网的访问，从 而实现网络的安全机制。 • 提高可靠性。设备的故障可能导致整个网络的瘫痪，而 通过子网的划分可以有效地限制设备故障对网络的影响 范围。
Bridge
• 网桥又称桥接器，提供了一种对LAN的扩 展，最早是为把那些具有相同物理层和 媒体访问子层的局域网互连起来而设计 的，后来也用于具有不同MAC协议的局域 网的互连。
• 网桥的常用场合： 以太网—以太网（相同网络,交换机） 以太网—FDDI 以太网—令牌环（网桥） 以太网—ATM网（网桥） • 网桥比较简单，适合于不太复杂的局域网之间 互连，工作在数据链路层，进行不同网络间的 帧的转发，实现MAC子层的连接。
网络互连类型
• 计算机网络可分为LAN、MAN、WAN • 因而，网络互连类型可分为：
局域网—局域网
互连
局域网—广域网
互连
局域网—广域网—局域网 互连
广域网—广域网
互连
网络互连、互通、互操作
• 互连：
• 是指两个物理网络之间至少有一条物理 上连接的线路，它为两个网络数据交换 提供了物质基础与可能，但并不保证两 个网络一定能够进行数据交换，还取决 于两个网络的通信协议是否兼容。
网关实现协议转换方法
• 单网关互连 • 通过某个专门的互连部件连接两个或两个以 上的网络（子网），称为单网关互连。该互 连部件同时作为各互连子网上的结点，执行 各子网的协议或规程。当两个子网执行不同 协议时，单网关进行必要的协议转换。
• 半网关互连 • 通过一对提供互连功能的部件进行两个网络的互连， 称为半网关互连，每个网关仅仅执行“一半”的互 连功能。从OSI/RM的观点来看，互连部件只能屏蔽 对应层之下各层次的差异，要求通信双方执行相同 的高层协议。
• 中继器 repeater （物理层中继relay） • 网桥 bridge （数据链路层中继relay ） • 路由器 router （网络层中继relay ） • 网关 gateway （网络层以上层的中继relay ）
Repeater
• 中继器/放大器 • 执行物理层协议，实现电气信号的“再生”。作 为一种网络互连部件， Repeater用于互连两个 相同类型的网段（例如：两个以太网段），其主 要功能是延伸网段和改变传输媒体，从而实现信 息位的转发 • 当被延伸的传输媒体为数字信道时，中继器根据 阈值电平识别输入信号，并将失真了的数字信号 还原到原来的形状（整形）；当被延伸的传输媒 体是模拟信道时，放大器将衰减的信号放大到适 合的数值（能量补充）。
计算机网络
网络互连
一、网络互连
• 网络互连，是指将分布在不同地理位置 的网络、设备相互连接，以构成更大规 模的互连网络系统，实现互连网络资源 的共享。
• 互连的网络及设备可以是同种类型的， 也可是不同类型的网络，或可是运行不 同协议的网络。
• 互连网络中，每个网络中的网络资源都 应成为互连网络中的资源，且互连网络 结构对用户应当是透明的。 • 也就是说 ,网络应当屏蔽各个子网在网络 协议、服务类型、网络管理等方面的差 异。应当给用户一致的感觉。
• 路由器在网络层一级工作，互连两个或多 个独立的相同类型或不同类型的网络： • 局域网与广域网的互连 • 局域网与局域网的互连
路由器
• 路由器的主要功能就是进行路由选择。 当一个网络中的主机要给另一个网络中 的主机发送分组时，它首先把分组送给 同一网络中用于网间连接的路由器，路 由器根据目的地址信息，选择合适的路 由，把该分组传递到目的网络用于网间 连接的路由器中，然后该分组最后被递 交给目的主机。
集线器(HUB)
• 集线器（HUB）是一种典型（特殊）的 Repeater 。使用HUB可以有效地提高总线网的 可靠性，减少结点之间的互相干扰；克服了单 一通路（总线）的限制。 • 集线器具有多个端口（例如8端口、16端口 等），但附接端口的所有计算机仍然共享整个 集线器的带宽，任一时刻，只能由两台计算机 之间进行通信（一台发送，一台接收）。 • 附接端口的所有计算机仍然采用CSMA/CD方式 竞争带宽的使用。
• 网桥内部动态地维护地址映射表，根据该地 址映射表，网桥决定收到的帧的转发。
广播风暴
交换机
• 交换机，也称为交换式集线器，是简化（典 型）的网桥，一般用于互连相同类型的LAN （例如：以太网/以太网的互连）。 • 交换机和网桥的不同在于：交换机端口数较 多；交换机的数据传输效率较高。
二层/三层交换
• 一般的以太网交换机，实现OSI二层交换帧不作任何修改， 仅仅查一下交换表，进行转发。
• 三层交换机（具有路由功能的交换机），工作在网络层， 类似于以太网交换机，只是交换的对象是分组，而不是 帧。通过IP地址来确定是哪个子网的结点，帧可能会发 生变化，经路由器后变成新的帧。
• 三层交换机充分利用路由器的三层功能， 既保留了二层交换机灵活的虚拟局域网 （VLAN）划分和高交换速度的优点，又 解决了二层网络无法处理的“广播风暴” 问题，它与传统路由器的最大区别是通 过硬件完成第三层报文的高速路由和交 换。随着交换技术的发展，现在许多厂 商的交换机已能支持第四层交换。
企业网组建例图
网关应用实例
• 实例1： • 随着Internet技术的广泛应用，越来越多的用户 开始使用万维网进行信息浏览(即WWW服务，遵循 HTTP协议(超文本传输协议))，同时，FTP(文件 传输协议)服务也被人们广泛使用。 • 通过网关软件可以实现从浏览器直接进行对FTP 服务的访问。
• 实例2： • 随着Internet技术的广泛应用，越来越多的用 户开始使用电子邮件（SMTP，简单邮件传输协 议）进行信息交换，而OSI也定义了与之类似 的服务：电文处理系统(MHS)。网关软件实现 使用不同应用软件的用户进行邮件交换。