3.2网络互联（课件）《计算机网络技术》（西安电子科技大学）

计算机 网络 任务2 网络互联 知识点一 网络互联的要求 网络互联的概念 网络互联的类型 网络互联的概念 网络互联是指将分布在不同地理位置、使用不同数据链路层协议的单个网络通过网络互联进行连接，以此建立一个更大规模的互联网络系统。网络互联的目的是使处于不同网络上的用户能够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。 网络互联的优点 扩大资源共享的范围。将多个计算机网络互联起来就构成了一个更大的网络Internet，Internet上的用户只要遵循相同的协议，就能相互通信，并且Internet上的资源也可以被更多的用户所共享。 1 提高网络的性能。总线型网络随着用户数的增多，冲突的概率和数据的发送延迟会显著增大，网络性能也会随之降低。如果采用子网自治和子网互联的方法就可以缩小冲突域，有效提高网络性能。 2 网络互联的优点 降低联网的成本。当同地区的多台主机希望接入另一地区的某个网络时，一般都采用先行联网(构成局城网)，再通过网络互联技术和其他网络连接的方法，大大降低联网成本。例如某个部门有N台主机要接入公共数据网，可以向电信部申请N个端口，连接N条线路来实现的联网的目的，但成本远比N台主机先行联网，再通过一条或少数几条线路连入公共数据网要高。 3 提高网络的安全性。将具有相同权限的主机组成一个网络，在网络互联设备上严格控制其他用户对该网络的访问，从而提高网络安全性。 4 网络互联的优点 提高网络的可靠性。设备的故障可能导致整个网络的瘫痪，而通过划分子网的方法可以有效地限制故障对网络的影响范围。 5 网络互联的要求 互联在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题，如不同的寻址方式、不同的分组限制、不同的访问控制机制、不同的网络连接方式、不同的超时控制、不同的路由选择技术和不同的服务等。因此网络互联除了要为不同子网之间的通信提供路径选择和数据交换功能之外，还应采取措施屏蔽或者容纳这些差异，力求在不修改互联在一起的各网络原有结构和协议的基础上，利用网间互联设备协调和适配各个网络的差异。另外，网络互联还应考虑虚拟网络的划分、不同子网的差错恢复机制对全网的影响、不同子网的用户接入限制和通过互联设备对网络的流量控制等问题。 网络互联的类型 局域网-局域网 局域网-广域网-局域网 局域网-广域网 广域网-广域网 知识点二 典型的网络互联设备 网关 网桥 路由器 网桥 网络互联的目的是实现网络间的通信和更大范围的资源共享。但是，不同的网络使用的网络协议不一样，因此网络间的通信需要依靠一个中间设备进行协议转换，这种转换既可以由软件实现又可以由硬件实现。 但是软件的转换速度太慢，因此在网络互联中，往往都使用硬件设备来完成网络间的互联 网桥 网桥并不是复杂的网络互联设备，其工作原理比较简单。当网桥收到一个数据帧后，会先将其传输到数据链路层进行分析和差错校验，根据该数据帧的MAC地段来决定是删除这个帧还是转发这个帧。 （1）如果发送方和接收方处于同一个物理网络(网桥的同侧)，则网桥将该数据帧删除，不进行转发。 （2）如果发送方和接收方处于不同的物理网络，则网桥进行路径选择，通过物理层传输机制和指定的路径将该帧转发到目的局域网。在转发数据帧之前，网桥对帧的格式和内容不做或只做少量的修改。 简单网络结构拓扑图 无线 路由器 路由器 集线器 交换机 交换机/网桥 网桥和交换机能够实现一对一的转发方式，它们是局域网的重要组网设备。 地址表 端口 物理地址 E1 120012001111 E2 120012002222 …… …… 主机A MAC：120012001111 主机B MAC：120012002222 主机D MAC：120012004444 主机C MAC：120012003333 E1 E2 E3 E4 查询地址表从E2发出 交换机 网桥 网桥与交换机的区别 网桥一般分有两个端口，而交换机具有高密度的端口。交换机工作时，实际上允许许多组端口间的通道同时工作。所以，交换机的功能体现出不仅仅是一个网桥的功能，而是多个网桥功能的集合。 端口数量 网桥仅仅支持两个端口，所以，网桥划分的物理网段是相当有限的，而交换机能够支持多个端口，因此可以把网络系统划分成为更多的物理网段，这样使得整个网络系统具有更高的带宽。 分段能力 网桥与交换机的区别 把交换机与网桥处理数据信息的速率进行比较，交换机要快于网桥。 传输速率 网桥在发送数据帧前，通常要接收到完整的数据帧并执行帧检测序列FCS后，才开始转发该数据帧。交换机具有存储转发和直接转发两种帧转发方式。直接转发方式在发送数据以前，不需要在接收完整个数据帧和经过32bit循环冗余校验码CRC的计算检查后的等待时间。 数据帧转发方式 综上所述，网桥和交换机的基本功能一致，但是从综合性能考虑，交换机优于网桥，交换机是多个网桥的集合。 网关 网关(Gateway)又称网间连接器和协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。 网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。 与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。 局域网/主机网关主要在大型计算机系统和个人计算机之间提供连接服务。 局域网/主机网关 这种类型的网关与局域网/主机网关类似，不同的是这种网关主要用于连接多个使用不同通信协议或数据传输格式的局域网。目前大多数网关都是属于这类网关。 局域网/局域网网关 这种网关主要用于局域网和因特网间的访问和连接控制。 因特网/局域网网关 网关的分类-按照连接网络 网关的分类-按照产品功能 数据网关通常在多个使用不同协议及数据格式的网络间提供数据转换功能。 数据网关 应用网关是在使用不同数据格式的环境中，进行数据翻译功能的专用系统。 应用网关 安全网关是各种提供系统（或者网络）安全保障的硬件设备或软件的统称，它是各种技术的有机结合，保护范围从低层次的协议数据包到高层次的具体应用。 安全网关 哪些设备可以作为网关？ （1）具有三层交换功能的网络交换机。 （2）路由器。 （3）防火墙。 （4）通过软件开启了路由功能的主机。 总的来说，只要具备路由功能的网络设备或是主机设备都可以做为网关使用。 路由器 路由器（Router）是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用，是读取每一个数据包中的地址然后决定如何传送的专用智能性的网络设备。路由器的功能如下： （1）路由与转发功能。收集网络拓扑信息形成路由表，根据转发原则转发数据包。 （2）路由器能够隔离广播域，避免广播风暴。 （3）路由器能够实现异种网络互联，包括不同局域网技术（ATM，FDDI）的网络互联，和不同子网段网络间的互联。 路由器 路由器/三层交换机 主要用于不同网络间的通信，或者是广域网的通信，根据IP地址选择数据转发的链路。 路由器 三层交换机 简单网络结构拓扑图 交换机 无线 路由器 集线器 路由器 路由器C 路由器B 主机B 路由器A 主机A ATM 专线 以太网 以太网 路由器根据IP地址进行路由选择并转发分组 第一代路由器 最初的IP网络并不大，其网关所需要连接的设备及其需要处理的负载也很小。这个时候路由器基本上可以用一台计算机插多块网络接口卡的方式来实现。接口卡与中央处理器(CPU)之间通过内部总线相连，CPU负责所有事务处理，包括路由收集、转发处理和设备管理等。网络接口收到报文后通过内部总线传递给CPU，由CPU完成所有处理后从另一个网络接口传递出去。 路由器的演化历史 第二代路由器 由于每个报文都要经过总线传送给CPU处理，随着网络用户的增多，网络流量不断增大，接口数量、总线带宽和CPU的瓶颈效应越来越突出。那么如何提高网络接口数量，如何降低CPU、总线的负担成为一个瓶颈问题。为了解决这个问题，第二代路由器在网络接口卡上进行一些智能化处理。由于网络用户通常只会访问少数的几个地方，因此可以考虑把少数常用的路由信息采用Cache技术保留在业务接口卡上，这样大多数报文就可以直接通过业务板Cache的路由表进行转发，以减少对总线和CPU的需求。 路由器的演化历史 第三代路由器 上世纪90年代出现的Web技术使IP网络得到了迅猛发展，用户的访问面获得了极大的拓宽，于是经常出现无法从Cache找到路由的现象，总线、CPU的瓶颈效应再次出现。另外，由于用户的增加和路由器接口数量不足引发的问题也再次暴露。为了解决这些问题，第三代路由器应运而生。 路由器的演化历史 第四代路由器 九十年代中后期，随着IP网络的商业化，Web技术出现以后，Internet技术得到空前的发展，Internet用户迅猛增加。网络流量特别是核心网络的流量以指数级增长，传统的基于软件的IP路由器已经无法满足网络发展的需要。于是一些厂商提出了ASIC实现方式，把转发过程的所有细节全部采用硬件方式来实现。另外在交换网上采用了Crossbar或共享内存的方式解决了内部交换的问题。这样，路由器的性能达到千兆比特，即早期的千兆交换式路由器(Gigabit Switch Router，GSR)。 路由器的演化历史 第五代路由器 近期MPLS VPN技术逐步成为热门，运营商需要在骨干网、城域网中开启MPLS VPN业务，这时发现原来在骨干网应用的第四代路由器无法提供高性能的VPN业务，需要全面升级或另外建设专门的VPN承载网络。在当前带宽已经不是主要矛盾，业务应用为王的运营环境中，ASIC固有的灵活性差、业务支持不足的问题成为了路由器发展的主要矛盾。新的需要，带来新的矛盾，就又会造就新的发展。网络处理器技术兴起，促使第五代路由器出现。 路由器的演化历史 第六代路由器 集群路由器体系结构是解决高性能路由器所面临问题的一个有效途径，它由若干个路由器节点构成，包含了多个路由实体和交换实体，它的交换结构由多个交换结构聚合而成，具有分布式的特点，能够满足性能、规模和可扩展性的要求。 路由器的演化历史 部分习题答案 1、（单选题）下面给定的设备中，（）不是工作在OSI7层参考模型中的数据链路层。 A. 集线器 B. 网卡 C. 路由器 D. 网桥 2、（单选题）路由器工作在OSI7层参考模型的（）。 A . 传输层 B .数据链路层 C . 网络层 D. 会话层 3、（单选题）交换机工作在OSI7层参考模型的（）。 A . 传输层 B .数据链路层 C . 网络层 D. 会话层 4、（单选题）计算机利用电话线路连接Internet网络时必备的设备是（）。 A. 集线器 B. 网卡 C. 路由器 D. 调制解调器 5、（单选题）如果将多个局域网络互连起来，且希望局域网的广播信息能很好地隔离开，那么最简单的方法是采用（）设备连接。 A . 集线器 B . 网卡 C.  路由器 D. 网桥 6、（多选题）网络互连的类型包括（）。 A. LAN-LAN B. LAN-WAN C. LAN-WAN-LAN D. WAN-WAN 计算机网络发展的四个阶段 一级标题 二级标题 三级标题 1.面向单机的网络互连模式 (一) 面向单机的网络互连模式 字体 中文 思源黑体 CN Normal 英文 Times New Roman 标题 迷你简菱心 双击安装 颜色 辅色 $$