第7章 网络互连技术

计算机网络技术2020/3/151第7章网络互连技术计算机网络技术2020/3/152内容目录网络互连概述1网络互连结构与互连设备2网络路由3接入网与接入技术4计算机网络技术2020/3/1537.1网络互连概述通过中间网络设备连接多个独立网络，形成一个覆盖范围更广的网络。解决问题：不同的寻址方案不同的最大分组长度不同的网络接入机制不同的超时控制不同的差错恢复方法不同的状态报告方法不同的路由选择计算不同的管理与控制方法计算机网络技术2020/3/1547.1.1网络互连的层次应用级互连：早期通过应用程序完成的网络互连。应用程序必须了解本机与网络连接的所有技术细节，通过网络直接与其它应用程序通信。网络级互连：实时地把用户数据分组从源端发送到目的端。应用程序不直接面对物理网络，向用户提供通用透明的网络服务。计算机网络技术2020/3/1557.1.2网络互连的形式(1)局域网的互连。(2)局域网与广域网的互连。(3)广域网与广域网的互连。计算机网络技术2020/3/1567.2网络互连结构与互连设备7.2.1网络互连结构核心网传输网接入网图8-2网络互连结构示意图计算机网络技术2020/3/1577.2网络互连结构与互连设备根据网络互连设备工作的层次及其所支持的协议，网络互连设备通常可以分为3种,中继器、网桥、路由器。（1）中继器（Repeater）（2）网桥、交换机（Bridge）（3）路由器（Router）2020/3/158应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层应用层表示层会话层运输层网络层数据链路层物理层网关路由器网桥、交换机中继器四种网络互连设备计算机网络技术2020/3/1597.2网络互连设备中继器(hub)◆工作在物理层◆功能是将信号整形、再生放大◆不能过滤网络业务量计算机网络技术2020/3/1510三种结构：独立式（Standalone）：固定端口配置，扩充时用级连的方法堆叠式（Stackable）：固定配置，用堆叠方法进行扩充——堆叠连接在一起的HUB在逻辑上相当于一台单独的HUB，可统一管理模块化（Module）：又称机箱式，由一台带有底板、电源的机箱和若干块多端口的接口卡（线卡）组成。可灵活按需配置，通过插入不同的插卡满足需求（如插入交换卡、路由卡、加密卡等）计算机网络技术2020/3/1511NICHUBUTPPC机用集线器搭建简单的网络服务器以1台服务器，3台PC机为例：一台HUB4块UTP接口的网卡4台PC机8个RJ45接头（水晶头）若干米UTP双绞线计算机网络技术2020/3/15127.2.2网络互连设备网桥/交换机◆工作在数据链路层，利用MAC地址进行寻址◆网桥/交换机不仅具有中继器的功能，而且具有信号过滤功能◆不具有路由选择功能计算机网络技术2020/3/1513网络分段HUBHUBMAC广播域独立的冲突域独立的冲突域网桥或网络交换机交换机只能分隔冲突域，但不能分隔广播域计算机网络技术2020/3/15147.2.2网络互连设备工作在第三层（网络层）上。在网络之间转发网络分组。能够提供按最佳路由转发网络分组。实现子网隔离，限制广播风暴。(目的地址无法识别时，路由器将其丢弃，而不是广播——比较网络交换机)用路由器连接起来的若干个网络，它们仍是各自独立的。要想从一个网络访问用路由器连接起来的另一个网络中的站点，必须指定该站点的逻辑地址（IP地址），通过广播是无法与之进行通信的。因为路由器不会转发广播包。路由器：2020/3/1515（1）LAN-LANLAN互连又分为同种LAN互连和异种LAN互连。常用设备有中继器和网桥,LAN互连如图所示。2020/3/1516（2）LAN-WAN用来连接的设备是路由器或网关，具体如图所示。2020/3/1517（3）LAN-WAN-LAN这是将两个分布在不同地理位置的LAN通过WAN实现互连，连接设备主要有路由器和网关，具体如图所示。2020/3/1518（4）WAN-WAN通过路由器和网关将两个或多个广域网互连起来，可以使分别连入各个广域网的主机资源能够实现共享。如图所示。计算机网络技术2020/3/1519当主机A要向另一个主机B发送数据报时，先要检查目的主机B是否与源主机A连接在同一个网络上。如果是，就将数据报直接交付给目的主机B而不需要通过路由器。但如果目的主机与源主机A不是连接在同一个网络上，则应将数据报发送给本网络上的某个路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器。这就叫作间接交付。7.3网络路由计算机网络技术2020/3/15207.3网络路由路由：找到数据分组从一个地方传输到另一个地方的路径。路由器是最重要的网络设备。路由器的路由选择功能是通过路由协议实现的。2020/3/1521直接交付和间接交付间接交付间接交付间接交付ABC直接交付直接交付直接交付不需要使用路由器但间接交付就必须使用路由器计算机网络技术2020/3/15227.3.1路由选择机制[2,1][2,2]1234456712341234路由器2路由器3[1,1][3,2][3,3]路由器1[1,3]路由器2的转发表目的站下一跳[1,1]路由器1[1,3]路由器1[3,2]路由器3[3,3]路由器3[2,1]直接[2,2]直接5671234567123发送端口端口5端口5端口7端口7端口1端口2计算机网络技术2020/3/15231.路由器的功能和原理路由器的功能◆网络互连功能；◆网络地址判断、最佳路由选择和数据处理功能；◆设备管理功能；◆利用复杂包过滤功能提供安全保障；◆建立分层网络，利用委派管理权力方式，促进网络分区的本地管理。计算机网络技术2020/3/1524路由器的工作原理路由器根据IP数据报中的IP地址的网络号转发数据。当主机要与其它IP子网的主机通信时，必须由路由器转发。路由器还负责与其它路由器共同确定网络的路由选择和路由表的维护。计算机网络技术2020/3/15252.路由器的组成路由器是一种用于网络连接、执行路由选择任务的专用计算机采用传统的计算机结构同样拥有CPU和内存等组件不同型号、不同档次的路由器所配套的CPU和内存不同计算机网络技术2020/3/15263.路由器的分类性能和价格高低：高端路由器、中端路由器和低端路由器；结构：模块化结构与非模块化结构；网络位置：核心路由器与接入路由器；功能：通用路由器与专用路由器；计算机网络技术2020/3/15277.3.2路由协议基本内容：寻径：即寻找和判断到达目的地的最佳路径，由不同的路由选择协议(routingprotocol)和路由选择算法(routingalgorithm)实现。转发:即沿寻径好的最佳路径传输信息分组，称为路由转发协议(routedprotocol)。计算机网络技术2020/3/1528从路由算法的自适应性考虑静态路由选择策略——即非自适应路由选择，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。动态路由选择策略——即自适应路由选择，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。计算机网络技术2020/3/1529分层次的路由选择协议因特网采用分层次的路由选择协议。因特网的规模非常大。如果让所有的路由器知道所有的网络应怎样到达，则这种路由表将非常大，处理起来也太花时间。而所有这些路由器之间交换路由信息所需的带宽就会使因特网的通信链路饱和。许多单位不愿意外界了解自己单位网络的布局细节和本部门所采用的路由选择协议（这属于本部门内部的事情），但同时还希望连接到因特网上。计算机网络技术2020/3/1530自治系统(autonomoussystem)因特网将整个互联网划分为许多较小的自治系统AS。一个自治系统是一个互联网，其最重要的特点就是自治系统有权自主地决定在本系统内应采用何种路由选择协议。一个自治系统内的所有网络都属于一个行政单位(例如，一个公司，一所大学，政府的一个部门，等等)来管辖。一个自治系统的所有路由器在本自治系统内都必须是连通的。计算机网络技术2020/3/1531因特网有两大类路由选择协议内部网关协议IGP(InteriorGatewayProtocol)即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。目前这类路由选择协议使用得最多，如RIP和OSPF协议。外部网关协议EGP(ExternalGatewayProtocol)若源站和目的站处在不同的自治系统中，当数据报传到一个自治系统的边界时，就需要使用一种协议将路由选择信息传递到另一个自治系统中。这样的协议就是外部网关协议EGP。在外部网关协议中目前使用最多的是BGP-4。2020/3/1532R1H1H2内部网关协议IGP（例如，RIP）自治系统A自治系统B自治系统CIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPEGPEGPEGP内部网关协议IGP（例如，OSPF）外部网关协议EGP（例如，BGP-4）IGPR3R2自治系统和内部网关协议、外部网关协议计算机网络技术2020/3/1533因特网的路由选择协议内部网关协议IGP：具体的协议有多种，如RIP和OSPF等。外部网关协议EGP：目前使用的协议就是BGP。计算机网络技术2020/3/1534内部网关协议RIP(RoutingInformationProtocol)1.工作原理路由信息协议RIP是内部网关协议IGP中最先得到广泛使用的协议。RIP是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。RIP协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。计算机网络技术2020/3/1535“距离”的定义从一路由器到直接连接的网络的距离定义为1。从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加1。RIP协议中的“距离”也称为“跳数”(hopcount)，因为每经过一个路由器，跳数就加1。计算机网络技术2020/3/1536“距离”的定义RIP认为一个好的路由就是它通过的路由器的数目少，即“距离短”。RIP允许一条路径最多只能包含15个路由器。“距离”的最大值为16时即相当于不可达。可见RIP只适用于小型互联网。RIP不能在两个网络之间同时使用多条路由。RIP选择一个具有最少路由器的路由（即最短路由），哪怕还存在另一条高速(低时延)但路由器较多的路由。计算机网络技术2020/3/1537RIP协议的三个要点仅和相邻路由器交换信息。交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息，即自己的路由表。按固定的时间间隔交换路由信息，例如，每隔30秒。计算机网络技术2020/3/1538路由表的建立路由器在刚刚开始工作时，只知道到直接连接的网络的距离（此距离定义为1）。以后，每一个路由器也只和数目非常有限的相邻路由器交换并更新路由信息。经过若干次更新后，所有的路由器最终都会知道到达本自治系统中任何一个网络的最短距离和下一跳路由器的地址。RIP协议的收敛(convergence)过程较快，即在自治系统中所有的结点都得到正确的路由选择信息的过程。计算机网络技术2020/3/1539路由器之间交换信息RIP协议让互联网中的所有路由器都和自己的相邻路由器不断交换路由信息，并不断更新其路由表，使得从每一个路由器到每一个目的网络的路由都是最短的（即跳数最少）。虽然所有的路由器最终都拥有了整个自治系统的全局路由信息，但由于每一个路由器的位置不同，它们的路由表当然也应当是不同的。2020/3/1540112131FEDCBA51612151314141611151一开始，各路由表只有到相邻路由器的信息网3网2网4网6网5网1“4”表示“从本路由器到网4”“1”表示“距离是1”“”表示“直接交付”2020/3/1541112131FEDCBA51612151314141611151