第五章 网络互连

2020年4月7日4时30分 网络互联 1 第五章网络互联技术 2020年4月7日4时30分 网络互联 2 5 1构建局域网5 2网络互联概述5 3网络互联设备5 4局域网互联 第5章网络互联 2020年4月7日4时30分 网络互联 3 1 网卡现在各厂家生产的网卡种类繁多 但功能大同小异 主要实现一些物理层和MAC子层的功能 即 数据的封装和解封 发送时将上一层交下来的数据加上首部和尾部成为MAC帧后发送到局域网 接收时 若收到一个有差错的帧 它就丢弃此帧而不通知它所插入的计算机 当网卡收到一个正确的帧时 对MAC帧进行拆卸 剥去MAC帧的首部和尾部 然后送交上一层 链路管理 主要是实现CSMA CD协议 编码与译码 即曼彻斯特编码与译码 5 1构建局域网 2020年4月7日4时30分 网络互联 4 计算机通过网卡和局域网进行通信 CPU 高速缓存 存储器 I O总线 计算机 至局域网 网络接口卡 网卡 串行通信 并行通信 网卡与主板总线接口 2020年4月7日4时30分 网络互联 5 1 网卡针对不同的传输介质 有相应的网卡接口类型 RJ45接口BNC接口AUI接口光纤接口网卡的速率 10Mb100Mb1000Mb10000Mb 5 1构建局域网 2020年4月7日4时30分 网络互联 6 2 主机间直接用网线联网要用交叉双绞线3 主机间通过交换机或集线器联网要用不交叉双绞线4 Window环境下的网卡配置网卡驱动配置增加用户IP协议配置 5 1构建局域网 2020年4月7日4时30分 网络互联 7 5 2网络互联概述 网络互联基本概念 1 网络互联基本概念 1 背景局域网发展的必然趋势异构网的互联是客观存在的同构网络 两个网络从应用层到逻辑链路控制子层 相对应的层次采用相同的协议 改善网络性能提高网络的安全可靠性 2 目的使一个网络上的用户能够访问其他网络上的资源 使不同网络的用户互相通信和交换信息 2020年4月7日4时30分 网络互联 8 5 2网络互联概述 网络互联基本概念 1 网络互联基本概念 1 背景局域网发展的必然趋势异构网的互联是客观存在的同构网络 两个网络从应用层到逻辑链路控制子层 相对应的层次采用相同的协议 改善网络性能提高网络的安全可靠性 2 目的使一个网络上的用户能够访问其他网络上的资源 使不同网络的用户互相通信和交换信息 2020年4月7日4时30分 网络互联 9 5 2网络互联概述 网络互联基本概念 3 网络互联的类型局域网与局域网的互联 LAN LAN 局域网与广域网的互联 LAN WAN 广域网与广域网的互联 WAN WAN 局域网 广域网 局域网的互联 LAN WAN 4 实现网络互联需要解决哪些问题 在网络之间提供一条逻辑链路为端用户进程之间提供路径选择为用户使用互联网络提供计费服务提供互联服务时 不能修改原有各网络的体系结构 如最大报文分组长度 超时控制等 2020年4月7日4时30分 网络互联 10 5 2网络互联概述 2 网络互联方案 1 中继系统概念几个网络互联时 一般需要一个中间设备互联 这个中间设备称为中继 relay 系统 如果某中继系统在进行信息的转发时与其他系统共享第n层协议 那么这个中继系统就称为第n层中继系统 共有四类中继系统 物理层中继系统 即中继器 repeater 用于扩大网络覆盖范围 数据链路层中继系统 即网桥 bridge 同构网络互联 网络层中继系统 即路由器 router 比网络层高的层次上的中继系统 即网关 gateway 路由器和网关可实现同构 异构网络互联 2020年4月7日4时30分 网络互联 11 5 2网络互联概述 网络互联方案 2 网络互联方案 2 利用中继系统进行网络互联一个网络的主要组成部分是结点 即通信处理器 和主机 因此 可以形成两种互联方式 结点级 或DCE级 互联 2020年4月7日4时30分 网络互联 12 5 2网络互联概述 网络互联方案 2 利用中继系统进行网络互联 主机级 或DTE级 互联 2020年4月7日4时30分 网络互联 13 5 2网络互联概述 网络互联方案 3 利用互联网进行网络互联通过网关将2个网络互联时 需要两个协议转换程序 若互联的网络共有n个 则这种转换程序最多可达n n 1 个 为了简化网关的设计 可以先用多个网关构成一个互联网 并为互联网制定一个标准的分组格式 例如IP分组 然后将各网络连接到网关上 2020年4月7日4时30分 网络互联 14 5 3网络互联设备 中继器 1 中继器repeater 用于扩展传输距离 其功能是对从一条电缆上接收的信号进行再生 并发送到另一条电缆上 因此 中继器完全是一个硬设备 工作于物理层 对高层协议是透明的 传统的中继型HUB是典型的多口中继转发器 对接收的信号进行再生并发送出去 扩大一个网络的覆盖范围 是否可以无限地增加中继器 2020年4月7日4时30分 网络互联 15 5 3网络互联设备 网桥 2 网桥 bridge 网桥或桥接器 在数据链路层对帧信息进行存储转发 转发局域网之间的数据帧 必要时进行帧格式转换 能隔离以太网中的碰撞域 但不能隔离广播域 丢弃出错帧 2020年4月7日4时30分 网络互联 16 5 3网络互联设备 网桥 网桥用于互联同构网络 网桥对端口上的每一帧 检查源地址和宿地址 2 如果宿地址和源地址不属于同一网络 就留下该帧 然后使用另一网络的MAC协议 把这个帧发给另一网络 3 若两个地址在同一网络上 则不转发 根据路由选择算法的不同 网桥分为 透明网桥源路由选择网桥 2020年4月7日4时30分 网络互联 17 5 3网络互联设备 网桥 1 透明网桥 transparentbridge 为了在网桥中实现数据链路层的路由选择功能 需要在网桥中建立一张站表 路由表 站表为每一个工作站都设置一个表目 表目中含有站地址 端口号 LAN类型和表目登记时间 或帧到达时间 等信息 当一个网桥刚连接到局域网上时 其站表是空的 网桥便采用 洪泛法 将收到的帧向除输入端口外的所有端口转发 网桥在转发过程中 将帧的源地址 入桥端口号等信息记入站表 网桥的站表定期更新 2020年4月7日4时30分 网络互联 18 5 3网络互联设备 网桥 帧到达网桥时 检查站表中是否有该帧的目的地址 若查有 且其目的地址不在网桥入口端所在的局域网中 则网桥按站表指定的端口转发此帧 若查有 但其目的地址在入口端所在局域网中 则丢弃 若未查到 使用洪泛法转发 同时记录该帧的相关信息 通过帧中的源地址还是目标地址来维护路由表的 2020年4月7日4时30分 网络互联 19 5 3网络互联设备 网桥 2 源路由选择网桥 sourceroutingbridge IEEE802 5规定 由源工作站负责路由选择 在每个工作站中都配置一张路由选择表 列出由本站到达目的站沿途所有工作站和网桥的站址 当发送一帧到另外的LAN时 发送端将帧头中的目的地址的高位置1 另外还在此头中加入路径 如从A到B指定路径为R1 BX R2 每个LAN和网桥都有自己的编号源端获取路径的方法是以广播的方式向目的地址发送一路由选择帧 响应帧返回时 途径的网桥都将自己的标识记录在响应帧中 2020年4月7日4时30分 网络互联 20 5 3网络互联设备 网桥 3 网桥的功能帧的接收与发送缓有管理 接收缓冲区 发送缓冲区 协议转换 网桥的协议转换功能仅限于MAC子层和物理层 即将源局域网中所采用的帧格式和物理层规程转换为目的局域网所采用的帧格式和物理层规程 差错控制 首先进行差错检测 然后对经协议转换后的MAC帧生成新的CRC码 并填入到新MAC帧的CRC字段 路由选择功能 在透明网桥中有此功能 2020年4月7日4时30分 网络互联 21 5 3网络互联设备 交换机 3 网络交换机 switch Switch是网络系统集成和方案设计的核心 网络交换机源自于多端口网桥 bridge 采用存储 转发方式在各端口之间进行数据包 802 3MAC帧 的交换 遵循IEEE802 1D规范 工作在第二层上 主要功能包括物理编址 网络拓扑结构 错误校验 帧序列以及流控 每个端口都为一个独立的冲突域 不仅可将不同运行速度的网段连接起来实现增大网络距离的目的 而且由于可同时提供多条数据传输路径 非共享 从而使网络的整体吞吐量大为提高 2020年4月7日4时30分 网络互联 22 5 3网络互联设备 交换机 2020年4月7日4时30分 网络互联 23 5 3网络互联设备 交换机 1 Switch的三种转发技术存储转发式 完全接收存储了一个帧后 再进行转发 延时大 切入式 cut through 大大降低了延时 但可能会转发坏帧 改进的切入式 接收完帧的头64个字节 基本可检测出是否坏帧 后再进行转发 在交换延迟和错误校验之间取得较好折衷 2020年4月7日4时30分 网络互联 24 5 3网络互联设备 交换机 CapacitywithSwitchedHub 2020年4月7日4时30分 网络互联 25 5 3网络互联设备 交换机 CapacitywithHub 2020年4月7日4时30分 网络互联 26 5 3网络互联设备 交换机 2 交换机的分类广域网交换机和局域网交换机 从支持的网络技术上 以太网交换机 快速以大网交换机 千兆以太网交换机 FDDI交换机 ATM交换机和令牌环交换机等 从外观形态和功能上 模块式交换机和固定端口交换机 模块式交换机又称机架式交换机 其主体一般是一个内置电源和多插槽主板的机柜 Chassis 在插槽中可插入扩展交换模块和网管模块 CPU板 或称为引擎 模块式交换机的优点是功能强大 扩展性强 可靠性高 并且可根据实际网络拓扑结构 传输介质和网络端口数目来灵活配置交换模块 它一般作为网络核心交换机或大型 1000节点以上 校园网 园区网的分布层交换机 2020年4月7日4时30分 网络互联 27 5 3网络互联设备 交换机 交换机的分类 2020年4月7日4时30分 网络互联 28 5 3网络互联设备 交换机 机架式交换机 3COM4007 2020年4月7日4时30分 网络互联 29 5 3网络互联设备 4 路由器 1 功能工作在网络层 对分组进行处理路由选择 分组到达路由器时 路由器根据分组目的地址按某种路由策略 选择最佳路由将分组转发出去 协议转换 对网络层及其以下各层协议进行转化 流量控制 路由器具有缓冲功能 而且还能控制收发双方的数据流量 分组和组装功能支持多种协议的路由选择 路由器与协议有关 不同的路由器有不同的路由器协议 支持不同的网络协议 网络管理功能 路由器对网络中的信息流 设备进行监视和管理是比较方便 大多数高档路由器都配置了网络管理功能 2020年4月7日4时30分 网络互联 30 5 3网络互联设备 路由器 2 路由器的组成路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机 整个路由器结构可划分为两大部分 路由选择 分组转发部分 2020年4月7日4时30分 网络互联 31 5 3网络互联设备 路由器 3 IP路由器的工作过程 2020年4月7日4时30分 网络互联 32 5 3网络互联设备 网关 5 网关网关也称协议转换器 它是用于连接不同网络的高层网络互连设备 即实现异构网络的互联 协议网关 协议转换应用层网关 在应用层连接两个网络 如IP电话网关传输层网关 在传输层连接两个网络安全网关 用于安全考虑的协议过滤 包过滤 内容过滤等 也称为防火墙 用于连接内外网络 保护内部网络的安全 2020年4月7日4时30分 网络互联 33 5 4局域网互联 本地局域网互联方式 本地互联和远程互联1 本地局域网互联方式 1 用网桥或两层交换机实现互联