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组网与网络管理技术第3章学习要点第3章 计算机网络互连本章重点：1. 掌握局域网、广域网的互连2. 理解HUB、SWITCH、网桥以及路由器的规划和使用3. 网络互连最新技术和新的网络互连设备网络互连的一般概念局域网局域网(Local Area Neteork)，简称LAN，即计算机局部区域网，它是在一个局部的地理范围内，将各种计算机、外围设备、数据库等互相连接起来组成的计算机通信网。局域网是计算机通信网的一个重要组成部分，其用途主要在于数据通信与资源共享。LAN有和其他网络不同的三个特征：(1) 范围 ，(2) 传输技术，(3) 拓扑结构。广播式LAN可以由多种拓扑结构。局域网采用的交换方式是分组交换，它不同于电话系统中的电路交换。常见的局域网有以太网（Ethernet）、令牌环网、和 Arcnet。广域网广域网（Wide Area Network），或者称WAN，是一种跨越大的地域的网络，通常包含一个国家或州。它包含想要运行用户（即应用）程序的机器的集合。城域网城域网（metropolitan area network），或者称MAN，基本上是一种大型的LAN，通常使用与LAN相似的技术。网络互连的层次中继器、集线器、网桥、路由器、网关等产品都可以延伸网络和进行分段。中继器（repeater）可以连接两局域网的电缆，重新定时并再生电缆上的数字信号，然后发送出去，这些功能是ISO模型中第一层物理层的典型功能。中继器的作用是增加局域网的覆盖区域。中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上，并不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据。集线器（Hub）一种特殊的中继器。以集线器为中心的优点是：当网络系统中某条线路或某节点出现故障时，不会影响网上其他节点的正常工作。网桥(Bridge)又称桥接器，是一种在链路层实现局域网互连的存储转发设备。网桥的用途有：(1)连接同构型LAN;(2)扩展工作站的平均占有频带;(3)扩展LAN的地址范围;(4)提高网络性能及可靠性;网桥不能读数据帧内的TCP/IP地址。网桥和中继器对相连局域网要求不同。路由器(Router)是在网络层实现互连的设备。它比网桥更加复杂，也具有更大的灵活性。路由器有更强的异种网互连能力，连接对象包括局域网和广域网。在局域网互连中也越来越多地使用路由器。网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在运输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。网络设备的选择一、 中继器优点：1.易于操作2.很短的等待时间3.价格便宜4.突破线缆的距离限制来扩展局域网段的距离5.扩展某些来自局域网段或主干网的工作站的距离缺点：1.功能有限2.某些情况下管理能力有限二、 网桥优点：1.提高通信距离、增强了局域网段的性能2.运行独立于上层协议3.再生信号4.提供某些WAN互连（远程网桥）5.通常比路由器便宜6.比路由器的等待时间短缺点：1.无法用于大型网络或多个网络的路由通信2.无法转换数据链路层以上的协议三、 路由器优点：1.可在复杂的网络中从源到目的地路由分组2.可配置成允许多条路由路径3.允许网络数据流控制4.允许如Internet的大型网络访问缺点：1.比网桥还要长的等待时间2.比中继器和网桥成本高四、 集线器优点：1.更改配线相对容易2.易于网络扩展3.集中管理4.提供中继器功能缺点：1.比采用同轴电缆方案成本高2.可能会在某个地方出故障五、 网关优点：可以从一种网络结构转到另外一种结构缺点：很长的等待时间六、 交换机优点：1.很短的等待时间2.增强网络整体性能3.集中控制缺点：与集线器和网关比较起来成本高交换机和路由器都可以通过装配来分割局域网和提供附加带宽。如果应用项目需要支持多路径、智能化分组传递以及WAN访问，那么必须选择路由器。如果应用项目只需要增加带宽以减少通信瓶颈，则选择交换机好一些。因为交换机是专门的设备，它提供“线路速度”的包吞吐量，而且每个端口的成本比路由器更少。LAN-LAN互连中继器与集线器中继器（Repeator）是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器一般来说是哑设备，具有以下特征：（1） 中继器再生信号使得信号能传播更远。（2） 中继器一般用于如以太网的线性电缆系统。（3） 中继器用于协议栈的最底层物理层。高层协议不使用中继器。（4） 用中继器连接的网络段都必须使用同样的介质访问方法。（5） 用中继器相连的网络段成为同一网络的一部分，具有相同的网络地址。（6） 中继器一般在单座建筑中使用。（7） 网段中的每个节点有自己的地址。扩展段中的节点地址和已有的网段节点地址必须相同，因为它们已成为同一网络段上的一部分。集线器（Hub）是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。集线器可分为被动式（Passive）集线器、主动式（Active）集线器和智能（Intelligent）集线器。被动式集线器只负责把多段介质连接在一起，不对信号作任何处理，每一种介质段只允许扩展到最大有效距离的一半。主动式集线器类似于被动式集线器，但它具有对传输信号进行再生和放大从而扩展介质长度的功能。智能集线器除具有有源集线器的功能外，还可将网络的部分功能集成到集线器中，如网络管理、选择网络传输线路等。集线器的选购一般是在综合布线结束、骨干设备已经定型之后，选择可以有多种依据，如外形尺寸，带宽，是否可管理或扩延方式等。以带宽为选择依据的话，集线器带宽的选择，主要决定于三个因素：（1）所连设备带宽。（2）站点数。3）应用需求。3.2.3 网桥 网桥（Bridge）也称桥接器，是连接两个局域网的存储转发设备，用它可以完成具有相同或相似体系结构网络系统的连接。一般情况下，被连接的网络系统都具有相同的逻辑链路控制规程（LLC），但媒体访问控制协议（MAC）可以不同。网桥是数据链路层的连接设备，准确说它工作在MAC子层上，在两个局域网的数据链路层（DDL）间接帧传送信息。根据网桥连接的不同设备和网络，网桥可分为内桥、外桥和远程桥。3.2.4 组播IP组播采用了组地址的概念，把需要数据的用户编入用户组，并利用一些高级的网络协议来确保最经济地利用带宽，把数据通过用户组传递给真正需要的用户。 IP组播是一种保存带宽的技术，它采用的方式是把一个单独的信息流同时传送到许多接收者那里，从而减少了网络的流量。 IP组播技术对于像视频会议、远程教育和实时训练等应用来说非常适合。IP组播中的组动态主机-路由器协议 最基本的主机-路由器组播协议是Internet组管理协议（Internet Group Management Protocol，IGMP。 交换和桥接网络中的IP组播组播路由协议 稠密模式组播 稀疏模式组播 在IP网络上配置组播的策略组播的多媒体应用服务质量QoSQoS起到了如下重要作用：1保护电子商务、ERP或自动销售系统等关键任务应用。2给予基于销售和工程等业务的用户组以优先权。3实现运程教学或桌面电视会议等多媒体应用。4网络管理员可能需要就不同的应用提供不同的服务级别。四、VLAN划分虚拟网络技术是基于当今交换网络技术基础上的一种新的高层技术，虚拟网络是一种与具体物理位置无关的逻辑局域网，不存在物理上的网络边界，可实现集中式的管理，可解决通信瓶颈问题，并可对广播通信进行控制，以减少不必要的通信量，网络的安全性也更好。虚拟网络是通过软件来管理和划分，是“逻辑”上的概念，对它划分的合理与否对网络性能和方便网络管理意义重大。LAN-WAN-LAN的互连路由器路由器（router）是在网络层提供连接服务的，用路由器连接的网络可以使用在数据链路层和物理层完全不同的协议。一、地址解析协议如果接口A想给接口B发送数据，并且A只知道B的IP地址，它必须首先查找B的物理地址，它发送一个含有B的IP地址的ARP广播请求B的物理地址，接口B收到该广播后，向A回应其物理地址(如下图)。图 地址解析协议工作原理（同一网段） 注意，虽然所有接口都收到了信息，但只有B回应该请求，这保证了回应的正确且避免了过期的信息。要注意的是，当A和B不在同一网段时，A只向下一跳的路由器发送ARP请求，而不是直接向B发送（如下图）。 图 地址解析协议工作原理（不同网段）二、IP地址在可路由的网络层协议中，协议地址必须含有两部分信息：网络地址和主机地址。IP把网络地址和主机地址一起包装在一个32位的域里，有时主机地址部分很短，有时很长，这样可以有效利用地址空间，减少IP地址的长度，并且网络数目不算多。有两种将主机地址分离出来的方法：基于类的地址和无类别的地址。1基于类的地址2子网划分3无类别地址(CIDR)三、路由1路由表如果一个主机有多个网络接口，当向一个特定的IP地址发送分组时，它怎样决定使用哪个接口呢？答案就在路由表中。目的子网掩码网关标志接口201.66.37.0255.255.255.0201.66.37.74Ueth0201.66.39.0255.255.255.0201.66.39.21Ueth1表 路由表示例 主机将所有目的地为网络201.66.37.0内主机(201.66.37.1-201.66.37.254)的数据通过接口eth0(IP地址为201.66.37.74)发送，所有目的地为网络201.66.39.0内主机的数据通过接口eth1(IP地址为201.66.39.21)发送。标志U表示该路由状态为“up”（即激活状态）。对于直接连接的网络，一些软件并不象上例中一样给出接口的IP地址，而只列出接口。此例只涉及了直接连接的主机，那么目的主机在远程网络中如何呢？如果你通过IP地址为201.66.37.254的网关连接到网络73.0.0.0，那么你可以在路由表中增加这样一项：目的掩码网关标志接口73.0.0.0255.0.0.0201.66.37.254UGeth0表 新增加的路由表项 此项告诉主机所有目的地为网络73.0.0.0内主机的分组通过201.66.37.254路由过去。标志G(gateway)表示此项把分组导向外部网关。类似的，也可以定义通过网关到达特定主机的路由，增加标志H(host)：目的掩码网关标志接口91.32.74.21255.255.255.255201.66.37.254UGHeth0表 新增加的路由表项（具有H标志） 下面是基本的路由表，除了特殊表项之外：目的掩码网关标志接口127.0.0.1255.255.255.255127.0.0.1UHlo0default0.0.0.0201.66.37.254UGeth1表 基本路由表 第一项是loopback接口，用于主机给自己发送数据，通常用于测试和运行于IP之上但需要本地通信的应用。这是到特定地址127.0.0.1的主机路由(接口lo0是IP协议栈内部的“假”网卡)。第二项十分有意思，为了防止在主机上定义到因特网上每一个可能到达网络的路由，可以定义一个缺省路由，如果在路由表中没有与目的地址相匹配的项，该分组就被送到缺省网关。多数主机简单地通过一个网卡连接到网络，因此只有通过一个路由器到其它网络，这样在路由表中只有三项：loopback项、本地子网项和缺省项（指向路由器）。2静态路由假如我们建立的路由表，已有了六个表项：目的掩码网关标志接口127.0.0.1255.255.255.255127.0.0.1UHlo0201.66.37.0255.255.255.0201.66.37.74Ueth0201.66.39.0255.255.255.0201.66.39.21Ueth1default0.0.0.0201.66.39.254UGeth173.0.0.0255.0.0.0201.66.37.254UGeth091.32.74.21255.255.255.255201.66.37.254UGHeth0表 一个实际的路由表 这些表项分别是怎么得到的呢？第一个是当路由表初始化时由路由软件加入的，第二、三个是当网卡绑定IP地址时自动创建的，其余三个必须手动加入，在UNIX系统中，这是通过命令route来做的，可以由用户手工执行，也可以通过rc脚本在启动时执行。上述方法涉及的是静态路由，通常在启动时创建，并且没有手工干预的话将不再改变。3路由协议ICMP：Internet control message protocol因特网控制消息协议 RIP是一种简单的内部路由协议，它使用距离向量算法，所以其路由选择只是基于两点间的“跳(hop)”数，穿过一个路由器认为是一跳。RIP中的最大hop数是15，大于15则认为不可到达。路由器的选择与配置路由器（Router）是工作在OSI七层模型中第三层即网络层（IP Layer）与第四层即运输层（TransportLayer）间的网络设备。从应用看，主要有内部路由与边界路由之分。一、选购的总原则二、访问方式的选择三、端口的选择四、外型尺寸的选择五、品牌的选择六、协议的选择七、安全方面的考虑1访问控制。2数据加密。3防火墙（Firewall）