Transcript 第七章

第七章 网络互连技术
第1节
网络互连的基本概念
第2节
网络互连的类型
第3节
网络互连的层次
第4节
网络互连的功能
第5节
网络互连的设备
本章学习要求：
•
•
•
•
了解：网络互连的基本概念
掌握：网络互连的类型与层次
掌握：典型网络互连设备的工作原理
了解：第三层交换技术与应用
网络互连的基本概念
• 定义:将分布在不同地理位置的网络、设
备相连接,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.
• 推动网络互连发展的主要动力:
1.商业的需求
2.新的网络应用不断出现
3.技术进步
4.信息高速公路的发展
7.1 网络互连的基本概念
• 互连的网络和设备可以是同种类型的网
络、不同类型的网络，以及运行不同网
络协议的设备与系统。
网络互连示例
许多计算机通过一些路由器进行互连
网络
网络
网络
网络
网络
路由器
不同网络之间的差异主要表现在：
• 每种网络有不同的命名、编址方法与目录结构，以
提供全局的网络编址方法与目录服务；
• 每种网络有不同的分组大小规定，分组在网络之间
传输可能需要分段；
• 每种网络有不同的用户访问控制机制，以管理用户
对各种网络资源的访问权限；
• 网络内部的路径选择依靠网络自己的差错检测与拥
塞控制技术，具有在不同网络之间路由选择能力；
• 不同网络可能提供面向连接或无连接的服务，互连
网络不应依赖于原来网络所提供的服务类型。
网络互连的类型
• LAN--LAN
• LAN--WAN
• LAN--WAN--LAN
• WAN--WAN
1．IEEE802互连网规范
• 在OSI 7 层模式中,低两层的协议是与使
用的具体网络技术有关,而最高三层的协
议是独立于执行的网络.只有中间两层协
议需要完成网络互连功能。该规范将网
络层分成两个子层：
局域网
局域网
广域网
路由器
结点交换机
互连网
由局域网和广域网组成互连网
7.2 网络互连的类型
• GNS:进行网络和主机的寻址,使网间连接
器能完成路径选择.
• CSS:完成本网的第三层功能.
GNS
CSS
全局网络子层
3
通信服务子层
修改的OSI RM
7.2.1网络互连的类型
1.LAN--LAN 互连
• 同种LAN的互连(bridge)
• 异型LAN的互连(bridge)
2.LAN--WAN互连
通过路由器（Router)或网关(Gateway)实现。
3.LAN--WAN—LAN互连
通过路由器（Router)或网关(Gateway)实现.
4、WAN--WAN互连
通过路由器（Router)或网关(Gateway)实现.
7.2.2网络互连的层次
1.数据链路层互连
• 用Bridge互连并完成数据接收、地址过
滤、数据转发。
2.网络层互连
• 用Router解决路由选择、拥塞控制、差
错处理与分段技术问题。
3.高层互连
• 用Gateway(网关)来实现两个网络高层互
连。允许两个网络的AL及AL以下各层
协议不同。
网络互连功能
从网络互连的角度看‘互连’ 、‘互
通’ 、‘互操作’有不同的含义
• 互连（interconnection)----是基础。
• 互通（intercommunication)---是手段。
• 互操作（interoperability)---是目的。
基本功能：不同网络之间数据传送时的寻
址与路由选择。
扩展功能：协议转换、分组长度变换、分
组重新排序及差错检测等。
1.Bridge
7.3 网络互连的设备
① Bridge的应用环境
a.一个单位的多个部分不同LAN的互连.
b .连网计算机之间的距离超过了单个LAN的最大
覆盖范围，可将缆段微化再互连。
c. 为了信息的安全和保密用网桥与其它LAN互连。
② Bridge的基本特征
a. Bridge互连两个不同DLL协议，不同介质，不
同速率的网络。
b. Bridge以接收、存储、地址过滤与转发的方式
实现互连网之间的通信.
7.3网络互连的设备
c. Bridge需要互连的网络在DLL层以上采用相同
协议.
d. Bridge可以分隔两个网络之间的广播通信量,有
得于改善性能和安全性.
③ 网桥的分类
a. 功能分:透明桥、源路由桥等
b. 距离分:本地网桥、远程网桥.
④ 网桥的基本工作原理
a. 透明桥(TB):由各网桥自己来决定路由选择而
LAN上的各站不负责路由选择.
TB有学习及过滤,帧转发等功能.
7.3网络互连的设备
• 源路由桥:由发送帧的源节点负责路由选择.
源节点在发送帧时需要将详细的路由信息
放在帧的首部.
• 举例: 4个LAN 2个Bridge
LAN1
LAN2
LAN4
B1
A
B2
B
D
LAN3
C
7.3网络互连的设备
• TB的向后学习算法:桥观察并记录每次到达
帧的源地址和标识,以及从哪个LAN输入桥.
如:B1观察到来自C站的帧都通过LAN2输入桥,
其路由表就记载下来.以后凡是来自LAN1,
目的地址为C的帧,B1必转发到LAN2上.而来
自LAN2,目的地址为C的帧,B1必删除.
• SB:当送往不同的LAN时,将目的地址的高位
设置为1,且在帧头内包括传递的确切路
径.(B号,LAN号,B号,LAN号)
• 如:从A--C站的路径是(B1,LAN2,B2,LAN3).
网桥与广播风暴
结点101
结点205
504
Data
504
Data
局域网1
局域网3
N.1
N.3
网桥
N.2
局域网2
504
结点803
Data
N.4
504
局域网4
Data
结点504
路由器
• 路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备；
• 局域网的数据链路层与物理层可以是不同的，
但网络层以上的高层要采用相同的协议；
• 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。
路由器的工作原理
结点101
局域网1
C.104
Data
路由器
局域网2
C.104
Data
局域网3
结点104
网络互连的设备
2.路由器Router
• Router功能:与网桥类似(学习,过滤及转发).可
检测网络交通使其快速适应检测到的网络变化.
• Router的分类
近程Router/远程Router
静态Router/动态Router
单协议Router/多协议Router (TCP/IP,IPX,OSI)
• 路由协议:RIP
OSPF
多协议路由器的工作原理
多协议路由器
局域网1
局域网2
主机A
(TCP/IP)
主机B
(Netware)
网络互连的设备
• Router与Bridge的区别
a. Bridge是根据路径表来转发或过滤信息包,而Router
是使用路由表的信息来为每一个信息包选择最佳路径.
b. Bridge与高层协议无关,它把几个物理网连接起来后
提供给用户的仍然是一个物理网络.
交换机? 目前几乎完全取代了网桥.
Router则可利用网际协议将网络划分成几个逻辑子网.
比B更复杂,更强的互连能力.
c. Router要求结点在网络层以上的各层使用相同或兼
容的协议.
路由器的分类方法：
• 按路由器的性能指标，可以分为三类：高
档路由器、中档路由器与低档路由器；
• 按路由器的端口结构，可以分为两类：固
定端口路由器、模块化路由器 ；
• 按路由器应用的网络规模，可以分为三类：
骨干级路由器、企业级路由器与接入级路
由器；
• 按路由器应用的网络位置，可以分为两类：
边界路由器、中间节点路由器 。
典型的路由器产品：
•
•
•
•
•
Cisco公司的系列
华为3Com公司的Quidway系列
D-Link公司的DI系列
Juniper公司的系列
TP-link公司的R系列
典型企业网结构
公司总部
分支结构
局域网
局域网
Cisco 7500
系列路由器
Cisco 1800
系列路由器
广域网
生产部门1
生产部门2
Cisco 3600
系列路由器
Cisco 3600
系列路由器
局域网
局域网
网络互连的设备
3.Gateway网关(网间协议变换器)
• Gateway的基本概念
当高层网络协议不同时,需用网关完成不同网络协
议之间的转换.
• Gateway的基本类型
通过使用不同的网络接口和不同的协议实现转换.
Network 1
N1
网间 网间
Gateway结构
N2
Network 2
网关的工作原理
网关
局域网
主机
(Netware)
SNA网络
SNA主机
网关的基本类型
• 网关通过使用适当的硬件与软件实现不
同网络协议之间的转换功能；
• 硬件提供不同网络的接口，软件实现不
同互连网协议之间的转换。
网关
网络1
网络1
网间
网间
网络2
网络2
网关实现协议转换的方法
• 网关直接将输入网络的信息包的格式转
换成输出网络信息包的格式.n(n-1)
• 首先制定一种标准的网间信息包格式，
网关在输入端将输入网络信息包格式转
换成标准网间信息包格式，在输出端再
将标准网间信息包格式转换成输出网络
信息包格式。(2n)
网络互连设备
互连设备
物理层
中继器
同
集线器
数据链路层
网络层
传输层以上
同（位转发）
同
同
不同
同
同
同
网桥(交换机)不同
同
同（对帧） 同
路由器
不同
不同
不同
同
网关
不同
不同
不同
不同
7.4 第三层交换技术与应用
7.4.1 第三层交换产生的背景
• 增加网络带宽与提高网络服务质量的解决途径
可以有两个：一是采用光纤作为传输介质，增
加传输通道的带宽；二是研究出性能更优越的
路由器产品，提高网络数据交换能力;
• 高性能的网络路由器设备是网络硬件制造商重
点研究的问题之一;
• 将交换机制引入路由器的设计中，大幅度缩短
路由器对数据包的处理时间，提高网络数据交
换能力，由此产生了第三层交换的概念。
网桥、交换机与第二层交换
• 局域网交换机与传统的集线器相比较，具有低
数据传输延迟、高传输带宽的明显优点；
• 网桥的数据帧转发功能是通过软件来实现的，
而局域网交换机的数据帧转发功能是通过硬件
来实现的；
• 局域网交换机可以起到网桥的作用，同时又具
有低交换传输延迟、高传输带宽的优点；
• 通过硬件结构，使得局域网交换机的数据帧处
理的延迟时间由网桥的几百个μs减少到几十μs。
第三层交换技术与产品
第三层交换技术：
• 将局域网交换机的设计思想应用在路由器的设
计中，就出现了第三层交换的概念 ；
• 传统的路由器通过软件来实现路由选择功能，
而第三层交换的路由器通过专用集成电路芯片
来实现路由选择功能，将数据包处理时间从传
统路由器的几千μs减少到几十μs，大大缩短数
据包在交换设备中的传输延迟时间；
• 通过硬件来实现第三层交换的路由器，在网络
层协议类型上受到一定的限制。
典型的第三层交换产品
• Cabletron公司的Smart Switch系列路由器
• Foundry公司的Big Iron系列与SererIron系列
交换机
• PacketEngines公司的PowerRail系列交换式路
由器
• Cisco公司的4000系列、5000系列、6000系列
与8000系列交换式路由器
7.5小结
• 网络互连是将分布在不同地理位置的网络连接
起来，以构成更大规模的互连网络系统，实现
更大范围内互连网络资源的共享；
• 网络互连类型主要有：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，以及广域网-广域网互连；
• 根据网络层次的结构模型，网络互连的层次可
以分为：在数据链路层实现互连、在网络层实
现互连，以及在传输层及以上的各层实现互连；
• 基本的互连的设备有网桥、路由器与网关；
• 网桥是在数据链路层上实现网络互连的设备，
它能够互连两个采用不同数据链路层协议、不
同传输介质与不同传输速率的网络；
• 路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备。
在一个大型互连网中，经常用多个路由器将多
个局域网与局域网、局域网与广域网互连。路
由器能够为不同子网的计算机之间的数据交换
选择适当的传输路径；
• 网关是在传输层及以上高层上实现多个网络互
连的设备，网关可以实现不同网络协议之间的
转换功能；
• 第三层交换是指在网络层通过硬件来实现路由
选择功能。
• 习题:四—3，4