5.1网络互连概述（教案）《计算机网络技术项目教程》（大连理工出版社）

周 次 第 七 周，第 7 次课；总第16次课 章节名称 第五章：远程局域网的互联 授课方式 课堂讲授（√）；上机实验（ ）； 实际操作（ ）；课程设计（ ）； 教学时数 2 授课方法 和手段 课堂讲授 教学目的 与要求 目的和要求： 1．网络互连概述; 网络互连设备——路由器、VPN技术 重点：路由协议 教学基本内容纲要 5.2.1　网络互连概述 １．面向连接和面向无连接的解决方案 （１）面向连接的解决方案 面向连接的服务就是通信双方在通信时,要事先建立一条通信线路,其过程有建立连接、使用连接和释放连接三个过程。TCP协议就是一种面向连接服务的协议,电话系统是一个面向连接的模式。 （２）面向无连接的解决方案 在无连接方法中，网络除了把分组传送到目的地以外不需做任何事情，如果分组丢失了，接收方必须检测出错误并请求重发;如果分组因采用不同的路径而没有按序到达，接收方必须将它们重新排序。 （３）连接级联虚电路与无连接分组交换的比较 ① 级连虚电路网络互联 优点 　　路由器预留缓冲区等资源,保证服务质量。 　　分组按序号传输。分组的报文头部较短。 缺点 　　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,健壮性差。 　　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 ②无连接分组交换网络互联 优点 　　能够容忍拥塞,并能适应拥塞。 　　健壮性好。 　　可用于多种网络互联。 缺点 　　分组的报文头部较长。 　　不能保证分组按序号到达。 　　不能保证服务质量。 2．IP数据报在互联网上的传输 IP是网络互连协议（Internet Protocol）的简称。IP协议具有良好的适应性，因此，IP协议得到广泛使用，成为支撑Internet的基础。 IP协议提供的是一种无连接的、不可靠的、尽力发送的服务，把数据从源端发送到目的端。IP数据报在经过网络传输时，有可能因为网络拥塞、链路故障等原因而造成丢失或出错。对此，IP协议仅具有有限的错误报告功能，它调用ICMP协议来实现差错报告。数据报内容的差错捡测和恢复则交给高层（传输层协议—TCP）去完成。 IP是TCP/IP协议集的核心协议之一，协议的内容包括：基本传输单元的格式,也就是IP报文的类型与定义、IP报文的地址以及分配方法、IP报文的路由转发以及IP报文的分段与重组。 IP数据报（packet）是IP协议的基本处理单元，它由两部分组成：报文头和数据部分，如图5-4所示。所有的TCP、UDP及ICMP数据都以IP数据报格式传输。 3．IP数据报的分段和重组 一般来说在网络传输的过程中要跨越若干个不同的物理网络，所容许的最大帧长度不同。IP协议需要一种分段机制，把一个大的IP报文，分成若干个小的分段进行传输，最后到达目的地处再重新组合还原成原来的样子。这就是数据报的分段和重组。 5.2.2 　网络互连设备——路由器 网络互连路由器（Router）工作在ISO/OSI RM参考模型中的第三层（网络层）。路由器主要决定最佳路由并转发数据包。路由器内有一个路由表，其中记录各种链路信息，供路由算法计算出到目的地的最佳路由。据此路由器再进行数据转发。如不能知道目的路由，则将包丢弃，并向源地址返回信息。路由器可相互学习路由信息或将自己的链路状态广播，这样可使路由信息按一定方式进行更新，从而由算法计算最佳路由。因此路由器路径计算工作量很大。路由器一般端口数量有限，路由转发速度慢。在内网数据流量较大，又要求快速转发响应时，常建议使用三层交换机，而将网间路由工作交路由器完成。 5.2.3　路由协议 路由器提供了异构网互联的机制，实现将一个网络的数据包发送到另一个网络。而路由就是指导IP数据包发送的路径信息。路由协议就是在路由指导IP数据包发送过程中事先约定好的规定和标准。 路由协议通过在路由器之间共享路由信息来支持可路由协议。路由信息在相邻路由器之间传递，确保所有路由器知道到其它路由器的路径。总之，路由协议创建了路由表，描述了网络拓扑结构；路由协议与路由器协同工作，执行路由选择和数据包转发功能。路由协议主要运行于路由器上，路由协议是用来确定到达路径的，它包括RIP，IGRP，EIGRP，OSPF。起到一个地图导航，负责找路的作用。它工作在网络层。 5.2.4 　部署和选择路由协议 路由分为静态路由和动态路由，其相应的路由表称为静态路由表和动态路由表。静态路由表由网络管理员在系统安装时根据网络的配置情况预先设定，网络结构发生变化后由网络管理员手工修改路由表。动态路由随网络运行情况的变化而变化，路由器根据路由协议提供的功能自动计算数据传输的最佳路径，由此得到动态路由表。 EIGRP是Cisco公司的私有协议，是一种混合协议，它既有距离向量路由协议的特点，同时又继承了链路状态路由协议的优点。各种路由协议各有特点，适合不同类型的网络。 5.2.5　VPN技术 虚拟专用网络（Virtual Private Network ，简称VPN）指的是在公用网络上建立专用网络的技术。其之所以称为虚拟网,主要是因为整个VPN网络的任意两个节点之间的连接并没有传统专网所需的端到端的物理链路，而是架构在公用网络服务商所提供的网络平台，如Internet、ATM（异步传输模式）、Frame Relay（帧中继）等之上的逻辑网络，用户数据在逻辑链 路中传输。它涵盖了跨 共享网络或公共网络的 封装、加密和身份验证 链接的专用网络的扩展。 1． VPN特点 低成本、）安全保障、服务质量保证（QoS）、可扩充性和灵活性、可管理性 2． VPN分类 （1）按VPN的协议分类 　　VPN的隧道协议主要有三种，PPTP，L2TP和IPSec，其中PPTP和L2TP协议工作在OSI模型的第二层，又称为二层隧道协议；IPSec是第三层隧道协议，也是最常见的协议。L2TP和IPSec配合使用是目前性能最好,应用最广泛的一种。 （2）按VPN的应用分类 　　① Access VPN（远程接入VPN）：客户端到网关，使用公网作为骨干网在设备之间传输VPN的数据流量。 　　② Intranet VPN（内联网VPN）：网关到网关，通过公司的网络架构连接来自同公司的资源。 　　③ Extranet VPN（外联网VPN）：与合作伙伴企业网构成Extranet，将一个公司与另一个公司的资源进行连接。 （3）按所用的设备类型进行分类 　　① 路由器式VPN：路由器式VPN部署较容易，只要在路由器上添加VPN服务即可。 　　② 交换机式VPN：主要应用于连接用户较少的VPN网络。 　　③ 防火墙式VPN：防火墙式VPN是最常见的一种VPN的实现方式,许多厂商都提供这种配置类型 3． VPN的实现技术 （1）隧道技术 实现VPN的最关键部分是在公网上建立虚信道,而建立虚信道是利用隧道技术实现的,IP隧道的建立可以是在链路层和网络层。第二层隧道主要是PPP连接,如PPTP,L2TP,其特点是协议简单,易于加密,适合远程拨号用户;第三层隧道是IPinIP,如IPSec,其可靠性及扩展性优于第二层隧道,但没有前者简单直接。 （2）隧道协议 ①PPTP(点到点隧道协议)是一种用于让远程用户拨号连接到本地的ISP,通过因特网安全远程访问公司资源的新型技术。它能将PPP(点到点协议)帧封装成IP数据包,以便能够在基于IP的互联网上进行传输。PPTP使用TCP(传输控制协议)连接的创建,维护,与终止隧道,并使用GRE(通用路由封装)将PPP帧封装成隧道数据。被封装后的PPP帧的有效载荷可以被加密或者压缩或者同时被加密与压缩。 　　②L2TP协议：L2TP是PPTP与L2F(第二层转发)的一种综合,他是由思科公司所推出的一种技术。 　　③IPSec协议：是一个标准的第三层安全协议,他是在隧道外面再封装,保证了隧在传输过程中的安全。IPSec的主要特征在于它可以对所有IP级的通信进行加密。 教学重点 与难点 重点：路由协议、网络互连概述; 网络互连设备——路由器 难点：路由协议 教学过程 设计 复习 10 分钟，授新课 70 分钟，安排讨论 5 分钟， 布置作业 分钟，提问 5 分钟 作业布置 无 课后小结 参考资料 学科网（北京）股份有限公司 $$