計算機網(wǎng)絡06(Computer Network)課件

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網(wǎng)絡互連主要內(nèi)容（1）網(wǎng)絡互連概述（2）網(wǎng)絡互連部件（3）轉(zhuǎn)發(fā)器/集線器（4）網(wǎng)橋/交換器（5）路由器（6）網(wǎng)關6.1

網(wǎng)絡互連概述網(wǎng)絡互連的目的：將兩個或者兩個以上具有獨立自治能力的計算機網(wǎng)絡連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)流通，擴大資源共享的范圍，或者容納更多的用戶。網(wǎng)絡互連包括同構網(wǎng)絡、異構網(wǎng)絡的互連，并主要體現(xiàn)為局域網(wǎng)與局域網(wǎng)（LAN/LAN）的互連、局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)（LAN/WAN）或者局域網(wǎng)經(jīng)廣域網(wǎng)的互連。6.1

網(wǎng)絡互連概述網(wǎng)絡互連的優(yōu)點：(1)擴大資源共享的范圍；(2)提高網(wǎng)絡的性能；(3)降低成本；(4)提高安全性；(5)提高可靠性；6.1

網(wǎng)絡互連概述網(wǎng)絡互連的準則：（1）

對原有網(wǎng)絡的硬件和軟件或者網(wǎng)絡結構和協(xié)議不應作太大的修改，甚至不應作絲毫的修改。即執(zhí)行網(wǎng)絡互連的部件應當提供協(xié)調(diào)子網(wǎng)不同特性的能力。例如：編址方案、分組體積、訪問機制和協(xié)議轉(zhuǎn)換等。2）不能為提高網(wǎng)絡之間傳輸?shù)男阅芏绊懜鱾€子網(wǎng)內(nèi)部的傳輸功能和傳輸性能。6.1

網(wǎng)絡互連概述網(wǎng)絡互連應考慮的基本因素：不同的子網(wǎng)在性能和訪問控制諸多方面存在差異，網(wǎng)絡互連除了應當提供不同子網(wǎng)之間的網(wǎng)絡通路之外，還應采取措施屏蔽或者容納這些差異。（1）尋址方式；（2）分組限制；（3）訪問控制；（4）連接方式；（5）虛擬子網(wǎng)；（6）不同子網(wǎng)的差錯恢復機制對全網(wǎng)的影響、不同子網(wǎng)的用戶接入限制、通過互連部件的網(wǎng)絡流量控制等要求：1）內(nèi)部執(zhí)行各子網(wǎng)的協(xié)議，成為子網(wǎng)的一部分，2）實現(xiàn)不同子網(wǎng)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，保證執(zhí)行兩種不同協(xié)議的網(wǎng)絡之間可以進行互連通信。3）能夠協(xié)議轉(zhuǎn)換包括協(xié)議數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換、地址映射、速率匹配、網(wǎng)間流量控制等。協(xié)議轉(zhuǎn)換的過程可以發(fā)生在任何層次，底層、下二層、下三層、四層以上。轉(zhuǎn)發(fā)器、網(wǎng)橋、路由器和網(wǎng)關（信關）6.2

網(wǎng)絡互連部件(1)單網(wǎng)關互連通過某個專門的互連部件連接兩個或者兩個以上的網(wǎng)絡（子網(wǎng)）兩個子網(wǎng)執(zhí)行不同協(xié)議時，單網(wǎng)關進行必要的協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡1網(wǎng)絡2(2)半網(wǎng)關互連通過一對提供互連功能的部件進行兩個網(wǎng)絡的互連，網(wǎng)絡1網(wǎng)絡2互連部件只能屏蔽對應層之下各層次的差異，為了保證更高層實體之間的通信，通信雙方執(zhí)行相同的高層協(xié)議。6.2

網(wǎng)絡互連部件互連設備、組網(wǎng)設備轉(zhuǎn)發(fā)器/集線器(HUB)

總線型共享集線器（10M)

疊堆式集線器集線器6.2

網(wǎng)絡互連部件轉(zhuǎn)發(fā)器（中繼器、放大器）作用：互連兩個相同類型的網(wǎng)段，延伸網(wǎng)段、改變傳輸媒體樓1樓2RJ45端口轉(zhuǎn)發(fā)器光纖雙絞線—光纖—雙絞線雙絞線—同軸電纜6.3

轉(zhuǎn)發(fā)器（中繼器、放大器）網(wǎng)橋作用：用于互連兩個獨立的子網(wǎng)，實現(xiàn)信息幀的存儲－轉(zhuǎn)發(fā)執(zhí)行OSI數(shù)據(jù)鏈路層及其下層的協(xié)議轉(zhuǎn)換，適用于相同網(wǎng)絡或者僅在低兩層實現(xiàn)上有差別的網(wǎng)絡之間的互連，

DL1

DL2

Ph1

Ph2網(wǎng)絡

1網(wǎng)絡

2

網(wǎng)橋協(xié)議體系結構Ph1DL1

N

OSI高層Ph2DL2

N

OSI高層網(wǎng)橋以太網(wǎng)802.3令牌總線網(wǎng)絡802.46.2

網(wǎng)橋/交換器（Bridge/Switch）常用場合：以太網(wǎng)—以太網(wǎng)（相同網(wǎng)絡，如交換器）以太網(wǎng)—FDDI（網(wǎng)橋）以太網(wǎng)—令牌環(huán)（網(wǎng)橋）以太網(wǎng)—ATM網(wǎng)（網(wǎng)橋）FDDI網(wǎng)橋ATM網(wǎng)絡以太網(wǎng)以太網(wǎng)網(wǎng)橋無線網(wǎng)－以太網(wǎng)6.2

網(wǎng)橋/交換器（Bridge/Switch）網(wǎng)橋的特點：(4)緩沖能力。

可以解決數(shù)據(jù)傳輸不匹配的子網(wǎng)之間的互連。(5)透明性。

不應影響原有子網(wǎng)的通信能力。(1)地址過濾.具有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)鏈路層的編址格式,網(wǎng)橋能夠識別各種地址，并根據(jù)數(shù)據(jù)幀的宿地址，有選擇地讓數(shù)據(jù)幀穿越網(wǎng)橋。(2)幀限制.網(wǎng)橋不對幀進行分段，只進行必要的幀格式轉(zhuǎn)換，以適應不同的子網(wǎng)。超長幀被丟棄。各子網(wǎng)相對獨立，控制幀不能穿越網(wǎng)橋。(3)監(jiān)控功能。作為單個子網(wǎng)的一部分，參與對子網(wǎng)的監(jiān)控和對信息幀的校驗。具有“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”的能力，接收幀、檢查幀和轉(zhuǎn)發(fā)幀。6.2

網(wǎng)橋/交換器（Bridge/Switch）網(wǎng)橋的工作原理

DL1

DL2

Ph1

Ph2網(wǎng)絡

1網(wǎng)絡

2

網(wǎng)橋協(xié)議體系結構Ph1DL1

N

OSI高層Ph2DL2

N

OSI高層網(wǎng)橋以太網(wǎng)802.3令牌環(huán)網(wǎng)絡802.5MAC幀頭數(shù)據(jù)校驗碼MAC幀頭轉(zhuǎn)換新MAC幀頭數(shù)據(jù)新校驗碼以太網(wǎng)網(wǎng)橋的路徑選擇透明橋（自適應橋）：動態(tài)構造、維護地址映射表網(wǎng)段1網(wǎng)段2網(wǎng)段3網(wǎng)段4A:00123456B:04125456C:10173856D:1017385AE:501C3dD56F:50173E56G:508C3dD5BH:50873EA6MAC地址

端口00123456

網(wǎng)段150873EA6網(wǎng)段4取源地址，查地址表，未填過，添加取目的地址，查地址表，已有，轉(zhuǎn)發(fā)到指定網(wǎng)段無，廣播到所有子網(wǎng)

收到確認后，添加地址1017385A網(wǎng)段21.AH2.AD“廣播風暴”產(chǎn)生：當網(wǎng)絡中結點很多，通過許多網(wǎng)橋進行互連時，有許多信宿地址不明的幀被廣播到所有結點，結點不停地忙于接收這些數(shù)據(jù)幀，在做“無用功”，使得結點不能正常地進行數(shù)據(jù)發(fā)送。易產(chǎn)生“廣播風暴”。設計網(wǎng)橋要考慮的重要因素：地址表大小：適中，太大：影響查詢速度，太小，影響網(wǎng)絡性能維護和構造方法：最近使用的保留/根據(jù)使用頻率保留防止信息在網(wǎng)絡中循環(huán)由多個網(wǎng)橋構成的局域網(wǎng)，如果形成環(huán)路，會出現(xiàn)數(shù)據(jù)幀在網(wǎng)絡中循環(huán)。解決方法：構造基于網(wǎng)橋的支撐樹（SpanTree—生成樹），構造基于網(wǎng)橋的支撐樹（SpanTree—生成樹）網(wǎng)橋1網(wǎng)段A網(wǎng)段B網(wǎng)段C網(wǎng)橋2網(wǎng)段F網(wǎng)段D網(wǎng)橋3網(wǎng)橋5網(wǎng)橋6網(wǎng)段G網(wǎng)段E步驟：1、選擇任意一個橋開始{2}2、在相鄰橋中選擇一個不構成環(huán)路的橋{2,5}3、依次繼續(xù)選擇，{2,5,1,6}4、直到支撐樹已經(jīng)可以互連所有網(wǎng)絡為止。以太網(wǎng)交換器簡化（典型）的網(wǎng)橋,用于互連相同類型的LAN（以太網(wǎng)/以太網(wǎng)的互連）特點:1、支持少量的存儲能力(緩沖）、

2、少量的地址表（提高查表速度）

3、處理相同的幀格式（相同類型的網(wǎng)絡互連）。

4、具有分割子網(wǎng)的功能，

5、每個端口獨享指定的帶寬。

6、支持多個獨立的數(shù)據(jù)流，具有較多的吞吐量

7、硬件交換，交換速度快。一般的網(wǎng)橋：同一時刻只有一對端口通信通過軟件實現(xiàn)協(xié)議轉(zhuǎn)換交換器：同一時刻可有對端口通信，

交換器的緩沖：如何設置緩沖，使得數(shù)據(jù)幀在交換器中延遲最?。吭诿繉Χ丝谥g都建立一對獨立的緩沖器，每個緩沖器僅存儲從一個固定的端口發(fā)來的并在傳送到另一固定端口去的幀。地址解析：如何以最快的速度對以太網(wǎng)的MAC地址進行解碼，并確定目的端口，完成地址匹配？有效地管理站點的“老化”和“認識”：

“老化”：長時間未有數(shù)據(jù)幀傳送的站點

“認識”：新的結點周期地喚醒“不活動”時間超過預定時間限制的結點，將幀正確地廣播到所有未知地址的端口。以太網(wǎng)交換器以太網(wǎng)交換器快速交換原理(二層交換，基于MAC地址的交換）直通式（Cut-through)

存儲-轉(zhuǎn)發(fā)（Store--forward)100M交換器10M交換器10M交換器100M100M網(wǎng)管10MHubHub作用：互連兩個或多個獨立的相同類型或不同類型的網(wǎng)絡局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互連，局域網(wǎng)與局域網(wǎng)的互連公共數(shù)據(jù)網(wǎng)10M交換器10M交換器10M交換器路由器（三層交換）功能：

1、改進網(wǎng)絡分段（每個網(wǎng)段的結點數(shù)是有限的）

2、不同局域網(wǎng)之間的路由能力

3、連接WAN的路由能力

N1

DL1

Ph1

N2DL2Ph2N1N2DL1DL2

Ph1Ph2網(wǎng)絡

1網(wǎng)絡

2

OSI高層

OSI高層路由器的體系結構路由器執(zhí)行OSI網(wǎng)絡層及其下層的協(xié)議轉(zhuǎn)換，可用于連接兩個或多個僅在低三層有差異的網(wǎng)絡。路由器的主要功能就是進行路由選擇。1、主機

另一個網(wǎng)絡中的主機發(fā)送分組2、分組

本網(wǎng)路由器，3、本網(wǎng)路由器

選擇合適的路由，分組下一路由（中繼轉(zhuǎn)發(fā)），…分組目的網(wǎng)路由器，4、目的網(wǎng)路由器通過目的網(wǎng)絡中內(nèi)部使用的路由協(xié)議，分組

目的主機。公共數(shù)據(jù)網(wǎng)10M交換器10M交換器10M交換器路由器的路由選擇功能1、路由器和網(wǎng)橋類似，都是接收協(xié)議數(shù)據(jù)單元PDU，檢查頭部字段，并依據(jù)頭部信息和內(nèi)容的一張表來進行轉(zhuǎn)發(fā)。2、實際上，網(wǎng)橋只檢查數(shù)據(jù)鏈路幀的幀頭，并不查看和修改幀攜帶的網(wǎng)絡層分組頭部；3、路由器則檢查網(wǎng)絡層分組頭部，并根據(jù)其中的地址信息作出決定，當它把分組下傳到數(shù)據(jù)鏈路層時，它不知道也不關心它是通過以太網(wǎng)還是令牌環(huán)網(wǎng)進行傳送。路由器與網(wǎng)橋

(1)尋址能力：通過路由器互連的網(wǎng)絡具有公共的網(wǎng)絡地址，并且，網(wǎng)間協(xié)議對全網(wǎng)地址作出規(guī)定，以使路由器可以區(qū)分各個結點所在的通信子網(wǎng)。路由器的特點

(2)路由選擇：相對靈活的路由選擇功能，以最快的速度將分組傳送通過網(wǎng)絡。目前使用的路由協(xié)議主要由Internet(因特網(wǎng))工程任務組(IETF)定義：開放式最短路徑優(yōu)先協(xié)議(OSPF：RFC1247)、邊界網(wǎng)關協(xié)議(BGP：RFC1163)、內(nèi)部網(wǎng)關路由協(xié)議(IGRP)等。

(3)分段/合段：路由器可對分組進行分段/合段，使得互連能力不受通信子網(wǎng)分組長度的影響。(4)存儲-轉(zhuǎn)發(fā)、分組格式轉(zhuǎn)換和處理：路由器嚴格地執(zhí)行"存儲-轉(zhuǎn)發(fā)"的原則，即先接收和存儲分組，在完成必要的分組分析和格式轉(zhuǎn)換之后，轉(zhuǎn)發(fā)分組至特定的子網(wǎng)。

(5)分組過慮：路由器通常分析整個分組，因此可以過濾掉網(wǎng)絡中的錯誤信息，減少出錯分組的無謂傳輸。路由器僅僅轉(zhuǎn)發(fā)特定地址的分組，可避免二層轉(zhuǎn)發(fā)時可能產(chǎn)生的“廣播風暴”。但存儲－轉(zhuǎn)發(fā)、以及大量的分組格式轉(zhuǎn)換和處理，效率會受到影響。路由器的特點相同類型的局域網(wǎng)互連，劃分子網(wǎng)段，三層交換，避免“廣播風暴”。不同類型的局域網(wǎng)互連，（局域網(wǎng)—廣域網(wǎng)），實現(xiàn)三層的數(shù)據(jù)報文的轉(zhuǎn)換路由器通過軟件實現(xiàn)其功能，速度較慢，數(shù)據(jù)報文延遲較大，高性能的路由器比較昂貴。路由器的用途:虛擬網(wǎng)絡傳統(tǒng)的局域網(wǎng):

以物理網(wǎng)段為基本網(wǎng)絡用戶單位，如果一個節(jié)點接到一個網(wǎng)絡設備（HUB、中繼器、網(wǎng)橋或交換機）上，那么，它就與其他接在同一設備上的節(jié)點屬于同一個局域網(wǎng)，可以互發(fā)廣播報文。不同網(wǎng)段上的用戶不能處于同一局域網(wǎng)中。

虛擬局域網(wǎng)

簡稱VLAN，跨接不同物理LAN網(wǎng)段的節(jié)點連接成邏輯LAN網(wǎng)段，處于不同物理網(wǎng)段的用戶通過軟件設置處于同一局域網(wǎng)中，形成邏輯的工作組。在同一邏輯工作組中的節(jié)點可以互發(fā)廣播報文。虛擬網(wǎng)絡

虛擬網(wǎng)絡：就是指在邏輯上可以通過網(wǎng)絡管理來劃分邏輯工作組的物理網(wǎng)絡。物理用戶可以根據(jù)自己的需求，而不是根據(jù)用戶在網(wǎng)絡中的物理位置來劃分網(wǎng)絡。虛擬網(wǎng)絡網(wǎng)絡教學子網(wǎng)：點播服務器、轉(zhuǎn)播服務器WEB服務器、FTP服務器等中山院主講教室遠程教育學院校園網(wǎng)主干浦口校區(qū)遠程上課教室在實際聯(lián)網(wǎng)中為什么會使用VLAN？

1、減少因網(wǎng)絡成員的變化所帶來的開銷

減少因用戶的增加、刪除、移動等工作產(chǎn)生的隱含開銷。

2、虛擬工作組

某一部門或分支機構的成員可以在虛擬工作組模式下共享同一個“局域網(wǎng)”，把絕大多數(shù)的網(wǎng)絡流量限制在VLAN廣播域內(nèi)部。

3、減少了路由器的使用

支持虛擬網(wǎng)的交換機可以在沒有路由器的情況下很好的控制廣播流量。在VLAN中，從服務器到客戶端的廣播信息只會在連接本虛擬網(wǎng)客戶機的交換機端口上被復制，而在其他端口上廣播信息被終止。只有那些需要跨越虛擬網(wǎng)的數(shù)據(jù)包才會穿過路由器。在這種方式下交換機扮演了路由器的角色。

4、局域網(wǎng)的安全性虛擬網(wǎng)絡

劃分VLAN的方法主要有兩種：靜態(tài)和動態(tài)。靜態(tài)：VLAN由交換機本身的特征信息定義，通常包括插槽、端口或端口組等。動態(tài)：VLAN通常由節(jié)點的某些特征信息定義，可以是節(jié)點的MAC地址、正在使用的協(xié)議、甚至是某些認證信息（如名字與口令等）。虛擬網(wǎng)絡的劃分三種常用的劃分方法：

1.根據(jù)端口劃分VLAN（配置交換）

2.根據(jù)MAC地址劃分VLAN（幀交換）

3.根據(jù)網(wǎng)絡層定義劃分VLAN根據(jù)端口劃分VLAN（配置交換）

利用交換機的端口劃分VLAN成員，在一個交換機上進行虛網(wǎng)劃分。例：1、3、6、7端口:VLAN1，4端口：VLAN3，

2、5、8端口：VLAN4。若100M交換機的上行端口為A，則在該交換機中的配置為：

settrunkA（假定為cisco交換機）

setvlan11,3,6,7

setvlan34

setvlan42,5,8

特

點:

（1）配置過程簡單。（2）跨交換機的虛網(wǎng)交互通過路由器或帶三層交換機進行。（3）用戶從一個端口的虛網(wǎng)移到另一端口所在的虛網(wǎng)，需要進行重新設置允許跨越多個交換機的多個不同端口劃分VLAN,不同交換機上的若干個端口可組成同一個虛擬網(wǎng)。根據(jù)MAC地址劃分VLAN（幀交換)

交換機根據(jù)節(jié)點的MAC地址，決定將其放置于哪個VLAN中。MAC地址是捆綁在網(wǎng)絡接口卡上的，這種VLAN的劃分方法與連接到交換機上的設備有關，可以允許網(wǎng)絡用戶從一個物理位置移動到另一個物理位置上，并且自動保留其所屬虛擬網(wǎng)段的成員身份。該VLAN的劃分方法獨立于網(wǎng)絡的高層協(xié)議（如TCP/IP、IP、IPX等)。缺點：

所有的用戶必須被明確的分配到一個VLAN中，網(wǎng)卡換了，必須修改虛網(wǎng)配置。根據(jù)網(wǎng)絡層定義劃分VLAN

交換機還可以根據(jù)使用的協(xié)議(如果網(wǎng)絡中存在多協(xié)議的話)或網(wǎng)絡層地址(如TCP/IP中的子網(wǎng)段地址)來確定網(wǎng)絡成員(VLAN)的劃分。

優(yōu)點：

(1)可以按傳輸協(xié)議劃分網(wǎng)段；(2)用戶可以在網(wǎng)絡內(nèi)部自由移動而不用重新配置自己的工作站；(3)可以減少由于協(xié)議轉(zhuǎn)換而造成的網(wǎng)絡延遲。

缺點：

基于網(wǎng)絡層的虛擬網(wǎng)需要分析各種協(xié)議的地址格式并進行相應的轉(zhuǎn)換，影響交換機的速度。VLAN之間的互連

VLAN與VLAN之間的互連需要通過路由器進行，或者具有三層交換功能（路由）的交換機進行。交換機：普通交換機帶虛網(wǎng)劃分功能的交換機帶三層交換功能的交換機網(wǎng)絡互連設備：轉(zhuǎn)發(fā)器（集線器）網(wǎng)橋（交換機）路由器（三層交換）網(wǎng)關（Gateway）網(wǎng)關（Gateway）

執(zhí)行互連OSI運輸層及其以上的各層協(xié)議的轉(zhuǎn)換，或者實現(xiàn)不同體系結構的網(wǎng)絡協(xié)議轉(zhuǎn)換的互連設備。

N1

DL1

Ph1

N2DL2Ph2N1N2DL1DL2

Ph1Ph2網(wǎng)絡

1網(wǎng)絡

2

A1A2體系結構1體系結構2網(wǎng)關的應用

FTAM－－FTPMHS－－SMTPTCP/IP－－SPX/IPXWAP－－TCP/IP銀行的支付網(wǎng)關凡是在應用層協(xié)議不相同的兩個網(wǎng)絡系統(tǒng)的互連都需要使用網(wǎng)關。一般的企業(yè)網(wǎng)絡企業(yè)網(wǎng)通常采用層次結構，由主干網(wǎng)和分支網(wǎng)組成。主干網(wǎng)輻射到各個部門，分支網(wǎng)連接部門內(nèi)的各臺計算機。主干網(wǎng)通常采用ATM、FDDI、高速以