第四章 网络互连（课件）-《计算机网络技术基础》同步教学（湖北科学技术出版社）

第四章 网络互连 1 学习目标 知识目标 了解网络互连的概念。 熟悉网络互连设备和常用的路由选择协议。 掌握交换机和路由器的配置方法与步骤。 能力目标 能够正确配置直连路由和静态路由。 能够正确配置三层交换机实现VLAN间路由。 素质目标 培养动手能力、分析和解决问题的能力。 培养高度的责任感和良好的团队合作精神。 培养学生敬业、精益、专注等方面的工匠精神。 2 项目描述 小李在企业孵化基地开办的创业公司不断发展，业务规模不断扩大，为了适应公司发展需要，公司在开发区新建生产和办公园区，并在广州开设办事处。公司总部和广州办事处分别属于不同的局域网，其中公司总部包括了财务部、销售部和生产部3个部门，各部门在同一地点办公。为了公司办公网络能稳定而高效地运行，需要把公司总部和广州办事处的局域网通过路由器连接起来，组成一个更大的局域网，实现数据高速传输和资源共享。 假如你是该公司的网络管理员，请你使用二层交换机、三层交换机和路由器等各种网络设备以及网络互连技术实现以上业务需求。 3 项目分析 根据项目需求，设计出来的公司网络拓扑结构图如图4-1所示。公司总部的每个部门分别用一台二层交换机相连，且需要为各部门划分VLAN以增强网络的安全性，再用一个三层交换机作为核心交换机进行汇聚；广州办事处用一台二层交换机把各办公计算机相连组成局域网；最后用两台路由器将两个局域网连接起来。搭建好网络环境后，在各交换机上创建和划分VLAN，利用三层交换机来实现不同VLAN的通信，并利用静态路由技术来实现不同局域网间的互连互通。 为了顺利完成这项工作，除了需要具备前面所学的交换机相关知识以外，还要准备的相关知识包括：网络互连的基本概念、常见的网络互连设备以及路由选择协议等。 4 知识准备：认识路由器 1.网络互连的基本概念 为了深刻理解网络互连的内涵和外延，下面对网络连接、网络互连、网络互通这3个概念进行解释。（1）网络连接 网络连接（Internetworking）是指网络在应用级的互连。 （2）网络互连 网络互连（Interconnection）是指不同子网之间的互相连接。 （3）网络互通 网络互通（Interworking）是指网络不依赖于其具体连接形式的一种能力。 通常说的网络互连应该包括网络连接、网络互连和网络互通这3个方面，也就是说，这些互相连接的计算机是可以进行相互通信的。 5 知识准备：认识路由器 2.网络互连的层次与设备 在大型局域网中，需要连接很多个节点，需要利用网络设备使分布在不同地理位置的节点连接到一个统一的网络中。从通信通信协议的角度来看，网络互连可以分为4个层次，如图4-2所示。 6 知识准备：认识路由器 网络互连中常用的设备有中继器、网 桥、路由器等，下面分别进行介绍。（1）物理层互连设备 物理层互连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。 （2）数据链路层互连设备 数据链路层互连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。（3）网络层互连设备 网络层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。路由器工作在OSI参考模型的第三层，即网络层。（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层互连，实现高层互连的主要设备是网关。 7 知识准备：认识路由器 3. 路由器的功能路由器具有以下3个基本功能。（1）连接功能。路由器不仅可以连接不同的LAN，还可以连接不同的网络类型（如LAN或WAN），以及不同速率的链路或子网接口。 （2）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。路由表可以是静态的，也可以是动态的。在路由表生成后，路由器根据每个数据包的协议类型，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。（3）设备管理功能。 8 知识准备：认识路由器 4.路由器的类型 路由器按照不同的划分标准有多种类型。路由器的分类见表4-1。 从性能档次上分类 从结构上分类 从功能上分类 高档路由器:吞吐量大于40Gbit/s的路由器 模块化路由器：模块化结构 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 中档路由器：吞吐量为25〜40Gbit/s的路由器 非模块化路由器：提供固定的端口 企业级路由器：连接多终端系统 低档路由器:吞吐量低于25Gbit/s的路由器 骨干级路由器：实现企业级网络互连 9 知识准备：认识路由器 5. 路由器的工作原理 探讨路由器的工作原理，有3个相关的基本概念：路由、路由器及路由表。 在网络通信中，路由（Route）是一个网络层的术语，作为名词时，其指从某一网络设备出发去往某个目的地的路径；作为动词时，其指跨越源主机和目的主机之间的网络来转发数据包。路由器（Router）是执行路由动作的一种网络设备，它能够将数据包转发到正确的目的地，并在转发过程中选择最佳的路径。路由器工作在网络层。路由表（Routing Table）是若干条路由信息的集合。在路由表中，一条路由信息也被称为一个路由项或一个路由条目，路由设备根据路由表的路由条目做路径选择。 10 知识准备：认识路由器 （1）工作站A将工作站B的IP地址（如12.0.0.5）连同数据信息以数据包的形式发送给路由器R1。（2）路由器R1收到工作站A的数据包后，先从报头中取出地址12.0.0.5，并根据路由表计算出发往工作站B的最佳路径：R1—R2—R5—工作站B，并将数据包发往路由器R2。（3）路由器R2重复路由器R1的工作，并将数据包转发给路由器R5。（4）路由器R5同样取出目的地址，发现12.0.0.5就在该路由器所连接的网段上，于是将该数据包直接交给工作站B。（5）工作站B收到工作站A的数据包，即一次通信过程宣告结束。 路由器的工作原理分析 11 知识准备：静态路由和动态路由 路由器的路由表中可能有多条路由信息。这些路由信息主要通过3种方式生成：设备自动发现、手动配置或通过动态路由协议生成。 人们把设备自动发现的路由信息称为直连路由（Direct Route），把手动配置的路由信息称为静态路由（Static Route），把网络设备通过运行动态路由协议而得到路由息称为动态路由（Dynamic Route）。 12 知识准备：静态路由和动态路由 1.直连路由 网络设备启动之后，当在设备上配置了接口的IP地址，并且接口状态为Up的时候，设备的路由表中就会出现直连路由项。 13 知识准备：静态路由和动态路由 2.静态路由 如图4-5和图4-6所示，路由器R1可以自动发现1.1.1.0/24和2.2.2.0/24这两条直连路由。但在路由器R1的路由表中，除了自动发现这两条直连路由外，还会出现一个属性为Static（静态）的路由信息。这条路由信息实际上就是静态路由信息，管理员可以在路由器R1上手动配置这条路由。该路由的目的地/掩码为3.3.3.0/24，出接口为路由器R1的GE0/0/2，下一跳IP地址为路由器R2的GE0/0/2接口的IP地址1.1.1.2，Cost的值设定为0。在路由器R1上配置的这条静态路由仅仅是路由器通往路由器R2的路由信息，同理，针对路由器R2通往路由器R1的2.2.2.0/24网络的路由信息，管理员可以在路由器R2上手动配置一条去往2.2.2.0/24的静态路由，这样即可实现全网互通。 14 知识准备：静态路由和动态路由 3.动态路由 网络设备通过运行路由协议而获取到的路由被称为动态路由。 路由器是可以同时运行多种路由协议的，如RIP和OSPF协议。 路由信息协议（Routing information Protocol，RIP）是一种基于距离矢量算法来计算到达目的网络的最佳路径的路由协议。RIP是基于跳数（最多支持15跳）来衡量到达目的地址的距离，称为度量值。 开放式最短路径优先（Open Shortest Path First，OSPF）是广泛使用的一种动态路由协议，它属于链路状态路由协议。在网络中使用OSPF协议后，大部分路由将由OSPF协议自行计算和生成，无须网络管理员人工配置，当网络拓扑发生变化时，协议可以自动计算、更正路由，极大地方便了网络管理。 15 知识准备：静态路由和动态路由 4.路由优先级 路由器可以通过自动发现直连路由、手动配置静态路由或动态路由协议等方式学习到路由信息，当路由器通过不同的方式学习到同一个目的网络的多条路由信息时，路由器会根据路由的优先级进行路由选择，优先选择值最小的路由。 路由类型 优先级的默认值 直连路由 0 OSPF协议路由 10 静态路由 60 RIP协议路由 100 BGP协议路由 255 16 知识准备：VLAN间路由 VLAN间路由可以通过路由器或三层交换机来实现属于不同VLAN间的计算机的三层通信。1. VLAN间二层通信的局限性 不同VLAN之间的主机是无法实现二层通信的，所以必须通过三层路由才能将报文从一个VLAN转发到另外一个VLAN中，实现跨VLAN通信。 17 2.实现VLAN间路由的方法实现VLAN间通信的方法主要有3种：多臂路由、单臂路由和三层交换。（1）多臂路由 （2）单臂路由 （3）三层交换 知识准备：VLAN间路由 项目实训 实训任务4.1静态路由的配置【实训目标】1.理解路由器的工作原理和意义。 2.掌握静态路由的基本配置方法。 【实训拓扑】实训拓扑如图4-11所示。 【实训环境】1.硬件环境：每人一台配置网卡的计算机。2.软件环境：华为eNSP仿真软件。【实训内容】图4-10所示为一个模拟公司总部和分公司通过两台路由器互连的网络拓扑，在路由器R1和R2上配置静态路由，实现网络的互连互通。配置思路是：在路由器R1上配置一条静态路由，目的地/掩码为3.3.3.0/24，出接口为GE0/0/2，下一跳IP地址为1.1.1.2。在路由器R2上配置一条静态路由，目的地/掩码为2.2.2.0/24，出接口为GE0/0/2，下一跳IP地址为1.1.1.1。 19 项目实训 实训任务4.2通过单臂路由实现VLAN间的三层通信【实训目标】1.理解路由器的工作原理。 2.掌握单臂路由技术及配置方法。【实训拓扑】实训拓扑如图4-12所示。 【实训环境】1.硬件环境：每人一台配置网卡的计算机。2.软件环境：华为eNSP仿真软件。【实训内容】图4-11是模拟一个划分VLAN的公司局域网通过单臂路由实现VLAN间通信的网络拓扑，在路由器R1配置单臂路由，实现VLAN之间三层通信。配置思路是：在交换机SW1上创建VLAN，并将相应端口加入对应的VLAN中；配置交换机与路由器相连的接口为Trunk模式；在路由器R1上创建子接口，并配置子接口的IP地址，启用子接口的IEEE 802.1q封装，配置允许终结子接口转发广播报文。 20 项目实训 实训任务4.3利用三层交换机实现VLAN间路由【实训目标】1.理解三层交换机的工作原理。2.掌握三层交换机实现VLAN之间通信的配置方法。【实训拓扑】实训拓扑如图4-14所示。 【实训环境】1.硬件环境：每人一台配置网卡的计算机。2.软件环境：华为eNSP仿真软件。【实训内容】图4-13是模拟一个划分VLAN的公司局域网通过三层交换机实现VLAN间通信的网络拓扑，在三层交换机上配置三层路由，实现VLAN 10和VLAN 20的互连互通。配置的重点是在交换机上配置三层接口VLANIF的IP地址。 21 项目小结 在本项目，我们主要学习了网络互连的基本概念、路由器的功能、路由器的类型、路由器的工作原理、静态路由和动态路由的工作原理和基本配置。还学习了VLAN间路由的概念、单臂路由和三层交换的工作原理及相关配置。 通过项目实训，我们应该对路由技术有一定的了解，能够充分理解静态路由和动态路由 的基本原理，可以熟练地配置路由器静态路由实现网络互连，配置单臂路由或使用三层交换机技术实现不同VLAN间路由。 22 感谢聆听，谢谢！ 23 $$