第5章网络互连技术

第5章网络互连技术主要内容:1、局域网互连2、网络互连原理3、无连接网络互连、各种路由选择算法和协议4、核心路由器体系结构体系一、局域网互连1、网络互连的目的:是将多个网络互相连接，以实现在更大范围内的信息交换资源共享和协同工作。2、局域网互连方式:从距离上分有本地局域网互连和远程局域网互连即LAN-LAN和LAN-WAN-LAN;从互连所采用的介质区分，有同轴细缆或粗缆(coaxialcable)、各类非屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwistedpair)和屏蔽双绞线STP(shieldedTwistedpair)、单模或多模光纤等(opticalfiber)连接方式。3、局域网互连划分:物理层(中继器repeater):使用中继器在不同电缆段之间复制位信号，工作在OSI物理层，互连同类型网段，只起到放大信号的作用，驱动长距离通信。又称集线器(hub)，可分为普通型，可叠加组合型和高档智能型。网桥(bridge):使用网桥在局域网之间存储、转发帧，工作在OSI数据链路层，更准确地说应该位于MAC层，它互连兼容地址的局域网，利用同MAC和MAC地址，以及存储、转发功能进行局域网间的信息交换。从应用上分本地网桥和远程网桥、主干网桥;从帧转发功能分配分透明网桥和源地址路径选择网桥。透明网桥TB的基本功能有学习及过滤、帧转发和分枝树算法功能。(1)网桥作信息帧转发时要利用地址转发表，按表中学习到的MAC地址和网桥对应关系，将包准确转发到该网桥。但如网桥未学习到MAC地址时，便将帧发向除接收口之外的所有接口，这在网桥刚启动工作时会造成大量的广播帧，称为广播风暴(broadcaststorm)。(2)扩展树协议是为了克服由于网桥不具网络层功能，在常任冗余路径的网桥中出现信息回路造成网桥瘫痪的问题。IEE802.1定义了分枝树协议STP，将整个网络路由定义为无回路的树形结构。(3)源地址路径选择网桥SRB主要用于标记环IEEE802.5标记环局域网。互连不同型局域网时使用封装网桥(encapsulationbridging)和转换桥接方式(translationbridging)和源地址路径选择透明网桥SRT。路由器(router):使用路由器在不同网络间存储、转发分组，工作在OSI网络层，它需要处理网络层的数据分组或网络地址，决定数据分组的转发，它要决定网桥中信息通信的完整路由。网关(gateway):使用协议转换器提供高层接口，工作在应用层。二、网络互连原理1、网络互连的要求:在网络之间提供一条链路，至少需要一条物理和链路控制的链路;在不同网络的进程间提供路径选择和传递数据;提供各用户使用网络的记录和保持状态信息;在提供上述服务时不需要修改原有各网络的网络结构。2、网络互连的功能分类:基本功能，指的是网络互连必须的功能，即使对那些类型相同的网络互连也应该具备的功能，它包括不同网络之间传送寻址和路径选择等。扩展功能，指的是当各种互连的网络提供不同的服务级别时所需要的功能，包括协议转换、分组的分段组合和重定序及差错检测。3、面向连接运行模式:连到同一子网上的两个DTE之间可建立一条逻辑的网络连接。4、无连接运行模式:对应于分组交换网的数据报机制，而面向连接运行对应于虚电路机制。第5章网络互连技术主要内容:1、局域网互连2、网络互连原理3、无连接网络互连、各种路由选择算法和协议4、核心路由器体系结构体系一、局域网互连1、网络互连的目的:是将多个网络互相连接，以实现在更大范围内的信息交换资源共享和协同工作。2、局域网互连方式:从距离上分有本地局域网互连和远程局域网互连即LAN-LAN和LAN-WAN-LAN;从互连所采用的介质区分，有同轴细缆或粗缆(coaxialcable)、各类非屏蔽双绞线UTP(UnshieldedTwistedpair)和屏蔽双绞线STP(shieldedTwistedpair)、单模或多模光纤等(opticalfiber)连接方式。3、局域网互连划分:物理层(中继器repeater):使用中继器在不同电缆段之间复制位信号，工作在OSI物理层，互连同类型网段，只起到放大信号的作用，驱动长距离通信。又称集线器(hub)，可分为普通型，可叠加组合型和高档智能型。网桥(bridge):使用网桥在局域网之间存储、转发帧，工作在OSI数据链路层，更准确地说应该位于MAC层，它互连兼容地址的局域网，利用同MAC和MAC地址，以及存储、转发功能进行局域网间的信息交换。从应用上分本地网桥和远程网桥、主干网桥;从帧转发功能分配分透明网桥和源地址路径选择网桥。透明网桥TB的基本功能有学习及过滤、帧转发和分枝树算法功能。(1)网桥作信息帧转发时要利用地址转发表，按表中学习到的MAC地址和网桥对应关系，将包准确转发到该网桥。但如网桥未学习到MAC地址时，便将帧发向除接收口之外的所有接口，这在网桥刚启动工作时会造成大量的广播帧，称为广播风暴(broadcaststorm)。(2)扩展树协议是为了克服由于网桥不具网络层功能，在常任冗余路径的网桥中出现信息回路造成网桥瘫痪的问题。IEE802.1定义了分枝树协议STP，将整个网络路由定义为无回路的树形结构。(3)源地址路径选择网桥SRB主要用于标记环IEEE802.5标记环局域网。互连不同型局域网时使用封装网桥(encapsulationbridging)和转换桥接方式(translationbridging)和源地址路径选择透明网桥SRT。路由器(router):使用路由器在不同网络间存储、转发分组，工作在OSI网络层，它需要处理网络层的数据分组或网络地址，决定数据分组的转发，它要决定网桥中信息通信的完整路由。网关(gateway):使用协议转换器提供高层接口，工作在应用层。二、网络互连原理1、网络互连的要求:在网络之间提供一条链路，至少需要一条物理和链路控制的链路;在不同网络的进程间提供路径选择和传递数据;提供各用户使用网络的记录和保持状态信息;在提供上述服务时不需要修改原有各网络的网络结构。2、网络互连的功能分类:基本功能，指的是网络互连必须的功能，即使对那些类型相同的网络互连也应该具备的功能，它包括不同网络之间传送寻址和路径选择等。扩展功能，指的是当各种互连的网络提供不同的服务级别时所需要的功能，包括协议转换、分组的分段组合和重定序及差错检测。3、面向连接运行模式:连到同一子网上的两个DTE之间可建立一条逻辑的网络连接。4、无连接运行模式:对应于分组交换网的数据报机制，而面向连接运行对应于虚电路机制。三、无连接网络互连1、IP提供无连接或数据报服务优点:无连接互连网络设备灵活性较好，对子网要求低;无连接网络能提供强健的服务;无连接网络服务对于无连接传输层协议最为适用。2、无连接网络互连设计主要问题:路由、数据报生命周期，分段和重组，纠错和流控。重组:一种重组的方法是在目的站进行重组，其缺点是分成小段的数据通过网络胆识的效率。另一种重组方法是由中间的路由器进行重组，则也会下列问题:路由器需要大容量缓冲器，还可能发生缓冲器不够用的情况;一个数据报的所有分段必须使用同一路由，限制了动态路由的使用。IP数据报报头中，包含下列内容:数据单元标识(ID)，数据长度，偏移(offset)，还有标识(moreflag)。路由器中IP分段的功能:offset=0是整个数据的开始，more-flag=0是整个数据报的结束。(1)建立两个新的数据报，它们的头部就是原先数据报的头报(2)以64位为边界，把原先的数据报分成长度差不多的两部分，把它们分别放入新的数据报中。第一部分必须是64位的倍数。(3)把第一个新数据报的长度设置为所插入的数据，把more-flag设置成1，offset不变。(4)把第二个新数据报的长度设置为所插入的数据，把more-flag设置成0，offset设置成第一部分数据长度除以8。生命周期:一种是对来到的第一段设置一个生命周期，如果在生命周期内没有完成重级工作，那么就撤销已经到达的分段;第二种是利用数据报的生命周期，它包含在每一段的头部中，若重组工作没有在数据报生命周期内完成，则撤销接收到的分段。四、IP数据报的路由选择1、直接传送和间接传送直接传送将一个数据报从一台机器经过单个物理网络直接传送至目的站点，这是所有internet通信的基础。只有当两台机器连在同一底层物理传输系统时，才能采用直接传送方式。否则只能用间接传送方式，发送方将数据发送给一个路由器再传送。2、IP路由选择表路由表存储各个目的站点以及如何到达目的站点的信息。为了尽可能使用最少的信息进行路由选择，采用信息隐蔽原则。路由表的选择表的大小仅取决于互联网中网络的数量，与连到网上的主机的数量无关。IP路由选择软件仅需要维护有关目的网络地址的信息，而与主机地址的信息无关。保持路由表尽可能小的技术是把多个表项统一到一个默认的情况。3、ICMP差错与控制报文协议(1)为了使互联网中的路由器报告差错或提供有关意外的情况信息，在TCP/IP中设计了一个特殊用的报文机制，称internet控制报文协议ICMP，它是IP的一部分。(2)ICMP机制:ICMP报文放在一个IP数据报的数据部分中通过互联网。允许路由器向其他路由器或主机发送差错或控制报文。ICMP是一个差错报告机制，它为发生差错的路由器提供了向初始源站点报告差错的方法。(3)ICMP报文格式:由三个字段组成，即一个8位整数的报文类型字段用来标识报文、一个8位代码字段提供有关报文类型的进一步信息、以及一个16位校验和字段。(4)ICMP报文类型:回送请求/应答报文(回送请求/应答、时间戳请求/应答、地址请求/应答)，差错报告(包括主机不可达报告、超时报告、参数出错报告)，控制报文(源抑制报文、重定向报文)。五、路由选择算法1、距离矢量路由选择V-D，2、链路状态路由选择或称最短路径优先算法(SPF)，要求每个参与的路由器都要具有完全的拓扑结构，只需要完成两项任务:负责检测所有相邻路由器状态;周期地向其他路由器传递链路状态信息。其优点:每个路由器用相同的原始状态数据独立地计算路由，并不依赖于中间的机器。六、内部网关协议在一个自治系统内的两个路由器彼此互为内部路由器，使用内部网关协议(IGP)，自治系统之间的使用外部网关协议(EGP)来通信。1、路由选择信息协议(RIP)采用V-D算法，距离矢量路由选择算法，分成主动和被动两类，只有路由器工作在主动模式，主机必须使用被动模式。工作在主动模式的路由器进行监听，并根据收到的通知更新其路由。以主动方式运行RIP的路由器每间隔30秒广播一次报文。RIP对点到点连接和广播型网络两者都提供支持。RIP分组是通过UDP和IP传输的。RIP进程使用UDP的520端口来进行发送和接收。RIP报文格式:报头32位，命令字为1表示请求部分的或全部的路由选择信息。命令字为2表示响应，包含发送方路由选择表内的网络地址和距离值一对信息。2、IGRP，运行频率比较低，每90秒更新;路由更新的每一项都包含一个四种度量制式，即延迟、带宽、可靠性、负载;采用保守式预防环路的保护措施、选择多路径路由以及处理默认路由器的手段等。3、开放最短路径优先协议OSPF优点:计算迅速，无环路的收敛性;支持精确的度量值，也能支持多重度量制式;支持通往一个目的站点的多重路径;能区分不同的外部路由。是基于链路状态路由选择算法SPF。OSPF报文报头格式:24个8位组报头，共有五种类型的报文类型，类型1)hello;2)拓扑结构的数据库描述;3)链路状态请求;4)链路状态更新;5)链路状态确认。Hello报文的两种功能:检测链路状态是否可用;在广播型与非广播型网络上选择指定网络路由器及后备。七、外部网关协议1、两个交换路由选择信息的路由器若分别属于两个自治系统，则称为外部邻站。外部邻站使用的向其他自治系统通知可达的信息的协议称为外部网关协议(EGP)2、EGP有三种功能:它支持邻站猎取机制，允许一个路由器请求另一个路由器同意交换可达信息;路由器持续地测试其邻站是否有