6.第六章 网络互连技术.ppt

第六章网络互连技术，本章学习要点：网络互连的基本概念、网络互连的类型和层次、典型网络互连设备、路由协议、路由器配置、6.1网络互连的基本概念、6.1.1网络互连概述、1。网络互连的概念，网络互连是指通过网络互连设备将分布在不同地理位置的单个网络连接起来，使用不同的数据链路层协议，形成一个更大规模的互连网络系统，实现更广泛的数据通信和资源共享。网络互联的优势扩大了资源共享的范围，将多个计算机网络互联起来，形成一个更大的网络互联网。互联网上的用户只要遵循相同的协议就可以相互通信，互联网上的资源也可以被更多的用户共享，从而提高网络的性能。随着总线网络中用户数量的增加，冲突概率和数据传输延迟将显著增加，网络性能也将降低。但是，如果采用子网自治和子网互连，可以减少冲突域，有效提高网络性能。降低联网成本，当同一地区的多台主机想要访问另一地区的网络时，它们通常会先使用连接主机的方法(形成局域网),然后通过网络互连技术与其他网络连接，这样可以大大降低联网成本。为了提高网络的安全性，将具有相同权限的用户主机组成一个网络，并在网络互联设备上严格控制其他用户对网络的访问，从而提高网络的安全机制。提高网络的可靠性，设备故障可能导致整个网络瘫痪，而通过划分子网可以有效地限制设备故障对网络的影响范围。6.1.2网络互连要求可以为不同子网之间的通信提供路径选择和数据交换功能。在不改变互联网络原有结构和协议的基础上，我们可以利用网络间的互联设备来协调和适应网络间的差异。应考虑虚拟网络的划分、不同子网的错误恢复机制对整个网络的影响、不同子网的用户访问限制以及网络通过互连设备的流量控制。为了提高网络间的传输性能，应尽可能避免每个子网内的传输功能和传输性能。返回到本节的第一页，返回到本章的第一页，6.2网络互连的类型和级别，以及6.2.1网络互连的类型。目前，计算机网络可分为局域网、城域网和广域网。因此，主要有以下类型的网络互连。1。局域网互连。在实际的网络应用中，局域网-局域网互连是最常见的一种，如图6-1所示。图6-1局域网-局域网互联示意图。局域网-局域网互连一般可分为相同的局域网互连(如两个以太网之间的互连)和不同的局域网互连(如一个以太网和一个令牌环网之间的互连)。2。局域网-广域网互连，局域网-广域网互连也是常见的网络互连方法之一，如图6-2所示。局域网-广域网互连通常可以通过路由器或网关实现。图6-2局域网-广域网互联示意图。3.局域网-广域网-局域网互连。局域网-广域网-局域网互连可以通过路由器和网关实现，如图6-3所示。图6-3局域网-广域网-局域网互连图，4。广域网互连，广域网和广域网之间的互连，通过路由器和网关实现，如图6-4所示。图6-4广域网互连示意图，6.2.2级网络互连，物理层互连，物理层互连设备为中继器。中继器通过放大和整形从一个网段传输的数据信号，然后将其传输到另一个网段来克服信号长距离传输造成的衰减，从而在物理层互连中发挥作用。中的数据链路层网桥通常用于互连两个或多个相同类型的局域网。它的功能是存储和转发数据，并能根据媒体访问控制地址过滤数据，实现多个网络系统之间的数据交换。网络层互连，网络层互连设备是路由器。网络层互连主要解决路由、拥塞控制、错误处理和分段技术等问题。高层互连，高层互连设备是网关。高级互连指的是传输层上不同协议的网络之间的互连。高层互连中使用的大多数网关都是应用层网关，或称应用网关。返回到本节的第一页，返回到本节的第一页，6.3典型的网络互连设备，网络互连的目的是实现网络间的通信和更广泛的资源共享。然而，不同网络使用的通信协议通常是不同的，因此网络之间的通信必须依赖于用于协议转换的中间设备，这可以通过软件或硬件来实现。然而，由于软件转换速度慢，通常使用硬件来完成不同协议之间的转换。这种设备称为网络互连设备。常见的网络互连设备包括中继器、网桥、路由器和网关。6.3.1中继器)，1。中继器的功能和特点中继器是最简单的网络设备。它工作在物理层，这是OSI参考模型的最低层，通常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发。如图6-5所示。严格地说，中继器仅仅是网段连接设备，而不是网络互连设备。它们只能用于通过相同的物理层协议连接局域网。图6-5是中继器操作的示意图。在数据信号传输过程中，中继器只起到放大电信号、扩展传输介质和扩大网络范围的作用。它不具有检错和纠错功能。中继器可用于连接具有相同传输介质的局域网(例如，细电缆以太网之间的连接)和具有不同传输介质的局域网(例如，细电缆以太网和双绞线以太网之间的连接)。集线器是一种多端口专用中继器，主要用于连接双绞线介质或光纤介质以太网系统，是l0Base-T和100Base-T以太网的核心设备。集线器的使用起源于20世纪90年代初双绞线以太网标准的应用。HUB不仅可以传输信号，还克服了总线网络的局限性，大大增强了网络的可靠性和可扩展性，因此得到了迅速普及。HUB可分为：被动HUB、主动HUB和智能HUB。无源集线器的功能仅负责将多种传输介质连接在一起，而不对信号本身进行任何处理。主动集线器类似于被动集线器，但它也具有放大信号和扩展网段的功能。除了主动集线器的所有功能外，智能集线器还将许多网络功能集成到集线器中。6.3.2桥梁。1.桥梁的功能和特点。网桥是一种在OSI参考模型的数据链路层互连局域网的设备。它将两个以上独立的物理网络连接在一起，形成一个逻辑局域网，如图6-6所示。图6-6桥架运行示意图。由网桥连接的两个局域网可以基于相同的标准或不同类型的标准，并且这些网络使用的传输介质也可以不同。网桥通过接收、存储、地址过滤和转发实现两个互联网络之间的通信，从而减少局域网上的通信量，提高整个网络系统的性能，实现大规模局域网的互联。与中继器相比，网桥可以实现不同结构和不同类型局域网的互连，并提供不同局域网之间的交换功能。然而，中继器只能实现类似局域网的互连。网桥不受时间特性的限制，可以连接更大范围的网络。但是，由于媒体访问控制定时特性的限制，中继器只能连接5个网段的以太网，并且不能超过一定的距离。网桥处理它接收的数据，并发送所有广播网桥具有隔离错误信息和保证网络安全的功能。然而，中继器只能用作数字信号的整形放大器，不具备检错和纠错功能。(1)根据桥梁连接范围，分为本地桥和远程桥、本地桥和远程桥。它主要用于直接连接两个相距很近的局域网或同一地理区域内的多个局域网，以提高网络性能。它主要用于连接不同区域的两个长途网络或局域网段，形成一个单一的大规模网络。通常需要公共电话网络。外桥、内桥和内桥安装在文件服务器中，实际上插入了多个网卡，每个网卡都连接到一个子网，并由网络操作系统管理。内部网桥的优点是易于安装和灵活联网，但是网桥软件在使用时会占用文件服务器的资源，从而导致服务器性能下降。外部网桥通过工作站中的专用硬件和固化软件实现网络间的互联。它的优点是数据包的转发是由硬件完成的，这比内部网桥快，并且不会影响文件服务器的性能，但是外部网桥需要增加额外的投资。(2)根据网桥是在服务器上运行还是作为服务器外的独立物理设备运行，网桥分为内部网桥和外部网桥。源路由桥要求网络的所有节点都参与路由选择。详细的路由信息放在数据帧的报头中，以便网络上的每个节点在发送数据帧时都清楚地知道到每个目的节点的路由。理论上，源路由桥可以选择最佳的数据传输路径。(3)根据网桥的路径选择方法，分为透明网桥和源路由网桥，透明网桥、透明网桥网络主机是完全透明的。它的优点是安装方便，无需任何配置即可正常运行。它可以连接不同类型的以太网，但是路由是由每个网桥自己决定的，并且网络上的每个节点都不负责路由，因此它不能获得最佳的数据传输路径。6.3.3网关网关主要有以下功能和特点：网关工作在OSI参考模型的高层，即传输层到应用层。它可以是专用设备，也可以是作为硬件平台的计算机，其功能由软件实现。网关通常用于不同类型、协议和差异的网络系统之间的互连，如图6-7所示。图6-7网关的工作框图不仅具有路由器的功能，而且其主要功能是实现异构网络之间传输层之上的协议转换，相当于语言通信中的翻译。网关的协议转换总是针对一些特殊的应用协议或有限的特殊应用，如电子邮件、文件传输和远程登录。有两种网关：传输网关和应用网关。传输网关是连接传输层两个网络的网关。应用程序网关是在应用层连接两个应用程序的网关。6.3.4路由器(网桥)，1。路由器的功能。路由器工作在OSI参考模型的网络层，是网络层的互连设备。如果两个网络的网络层协议相同，则主要是为了解决路由问题。如果协议不同，主要的解决方案是协议转换。一般来说，路由器用于互连异构网络和多个子网。如图6-8所示，图6-8中的路由器的工作图表明，路由器的主要功能是为通过路由器的每个数据包找到最佳传输路径，并将数据包有效地传输到目的地。选择最佳路径的策略，即路由算法是路由器的关键。每个路由器都有一个路由表，其中包含子网标志信息、网络中路由器的数量以及下一个路由路由器的地址。路由表通常可以分为静态路由表和动态路由表。除了完成路由，路由器还完成数据包的转发。当路由器收到数据包时，它会根据目的地查找路由表路由器的另一个重要功能是充当数据包的过滤器。它将来自其他网络的不必要的数据包阻挡在网络之外，从而有效地减少了网络之间的流量，提高了网络的利用率。2。路由器的工作原理，详见教材P110P111示例。3.路由器的主要品牌，Cisco1800系列路由器和华为AR1200系列路由器，返回本节第一页，返回本节第一页。为了确定到达目的地的最佳路径，路由器主要依靠路由算法。路由协议实际上是指实现路由算法的协议。常见的路由协议包括路由信息协议(RIP)、开放最短路径优先(OpenShortPathFirst)和边界网关协议(BGP)。6.4路由协议，6.4.1路由信息协议(RIP)，RIP是最简单的路由协议，它使用距离矢量算法来选择路由。RIP收集可以到达目的地的所有不同路径，并保存关于到达每个目的地的站点的最小数量的路径信息。除了到达目的地的最佳路径之外，所有其他信息都将被丢弃。同时，路由器还使用RIP协议将收集到的路由信息通知其他相邻路由器。RIP协议的优点是简单、可靠、易于配置。然而，它只适用于小型同构网络，并且该协议容易引起网络广播风暴。6 . 4 . 2 OSPF内部路由协议OSPF是一种基于链路状态的路由协议，要求每台路由器向同一管理域中的所有其他路由器发送链路状态广播信息，包括所有接口信息、指标和其他变量。然后，根据一定的路由算法，计算出每个站点的最短路径。OSPF有两种路由方法：区域内路由和区域间路由。这两种路由方法有效地降低了网络开销，增强了网络稳定性，给网络管理和维护带来了方便。6.4.3外部路由协议BGP，BGP既不是基于纯链路状态算法，也不是基于纯距离矢量算法。它的主要功能是与其他自治域中的BGP交换网络可访问信息。每个自治域可以运行不同的内部网关协议。返回到本节的第一页，返回到本节的第一页，6.5路由器的基本配置，6.5.1路由器的接口，以及6.5.2路由器的配置方法。详见教材P114P116。具体例子请参考教材P116P118。在当今的网络应用中，掌握网络互联的基础知识是进一步深入