《網(wǎng)絡(luò)互連》PPT課件

第5章網(wǎng)絡(luò)互連,5.1網(wǎng)絡(luò)互連概述,網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是指利用相應(yīng)的技術(shù)和設(shè)備將多個網(wǎng)絡(luò)或設(shè)備連接起來，以達(dá)到更大范圍的數(shù)據(jù)傳輸和資源共享目的。,網(wǎng)絡(luò)互連的類型LAN與LAN互連LAN與WAN互連WAN與WAN互連LAN通過WAN與其他LAN互連,網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì),同軸電纜,網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì),光纖,包層,纖芯,入射角,折射角,折射角大于入射角,光波在纖芯中傳播,網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì),無線傳輸,衛(wèi)星,蝶形天線,計算機,網(wǎng)絡(luò)互連的層次,物理層主要設(shè)備有：中繼器和集線器。物理層互連設(shè)備的主要功能：對不同電纜段之間的信號進行復(fù)制、整形、再生和轉(zhuǎn)發(fā)位信號。使用物理層互連設(shè)備連接的網(wǎng)絡(luò)在物理上成為一個網(wǎng)絡(luò)。適用范圍：局域網(wǎng)的延伸和擴展。,集線器的主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大，以擴大網(wǎng)絡(luò)的傳輸距離，同時把所有節(jié)點集中在以它為中心的節(jié)點上。集線器能夠提供更多的端口服務(wù)，所以集線器又叫多口中繼器。,每一個站是用它自己專用的傳輸介質(zhì)連接到集線器的，各節(jié)點間不再只有一個傳輸通道，各節(jié)點發(fā)回來的信號通過集線器集中，集線器再把信號整形、放大后發(fā)送到所有節(jié)點上，這樣至少在上行通道上不再出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象。集線器內(nèi)部總線，所以當(dāng)上行通道與下行通道同時發(fā)送數(shù)據(jù)時仍然會存在信號碰撞現(xiàn)象。當(dāng)集線器將從其內(nèi)部端口檢測到碰撞時，產(chǎn)生碰撞強化信號（Jam）向集線器所連接的目標(biāo)端口進行傳送。這時所有數(shù)據(jù)都將不能發(fā)送成功，形成網(wǎng)絡(luò)大塞車,數(shù)據(jù)鏈路層主要設(shè)備有：網(wǎng)橋和傳統(tǒng)交換機。功能：數(shù)據(jù)存儲、接收、根據(jù)物理地址進行過濾和有目的地轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀。,網(wǎng)絡(luò)層主要設(shè)備有：路由器。功能：路徑選擇、擁塞控制和控制廣播信息主要用于：不同網(wǎng)絡(luò)之間的互連。,高層互連主要設(shè)備：網(wǎng)關(guān)。當(dāng)互連的網(wǎng)絡(luò)的傳輸層及以上層協(xié)議不同時就需要網(wǎng)關(guān)進行協(xié)議轉(zhuǎn)換。目前使用最多的是：應(yīng)用層網(wǎng)關(guān)。,5.2局域網(wǎng)與局域網(wǎng)互聯(lián),5.2.1中繼器數(shù)據(jù)信號在傳輸時，由于衰減和噪音使有效數(shù)據(jù)信號變得越來越弱，而且傳輸過程也增加了波形失真，因此信號只能在有限的距離內(nèi)傳輸用于連接兩個網(wǎng)絡(luò)的電纜段。它可以放大、整形、再生電纜上的數(shù)字信號，并按原來的方向重新發(fā)送該再生信號。,中繼器按照5-4-3原則連接LAN。5-4-3原則是將5個網(wǎng)段用4個中繼器連接，其中最多有3個網(wǎng)段有用戶設(shè)備。,中繼器的優(yōu)點（）過濾通信量中繼器接收一個子網(wǎng)的報文，只有當(dāng)報文是發(fā)送給中繼器所連的另一個子網(wǎng)時，中繼器才轉(zhuǎn)發(fā)，否則不轉(zhuǎn)發(fā)。（）擴大了通信距離。（）增加了節(jié)點的最大數(shù)目。（）各個網(wǎng)段可使用不同的通信速率。（）提高了可靠性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時，一般只影響個別網(wǎng)段。缺點：（）由于中繼器對接收的幀要先存儲后轉(zhuǎn)發(fā)，增加了延時。（）總線的子層并沒有流量控制功能。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的負(fù)荷很重時，可能因中繼器中緩沖區(qū)的存儲空間不夠而發(fā)生溢出，以致產(chǎn)生幀丟失的現(xiàn)象。（）中繼器若出現(xiàn)故障，對相鄰兩個子網(wǎng)的工作都將產(chǎn)生影響。,5.2.2網(wǎng)橋橋接的工作機制是將物理網(wǎng)絡(luò)段（也就是常說的沖突域）進行分隔，根據(jù)MAC地址來判斷連接兩個物理網(wǎng)段的計算機的數(shù)據(jù)包發(fā)送。網(wǎng)橋是一種控制沖突域流量的設(shè)備。除了隔離沖突域以外，網(wǎng)橋還可以實現(xiàn)不同類型網(wǎng)絡(luò)的連接（令牌環(huán)網(wǎng)和以太網(wǎng)之間的連接）和網(wǎng)絡(luò)的擴展（IEEE的5.4.3連接規(guī)則）等功能。,1.網(wǎng)橋的基本工作原理,（A）,（B）,（C）,（X）,（Y）,（Z）,圖3-1網(wǎng)橋內(nèi)部結(jié)構(gòu),網(wǎng)橋工作在OSI模型中的第二層，即鏈路層。完成數(shù)據(jù)幀（frame）的轉(zhuǎn)發(fā)，在連接的網(wǎng)絡(luò)間提供透明的通信。網(wǎng)橋的轉(zhuǎn)發(fā)是依據(jù)數(shù)據(jù)幀中的源地址和目的地址來判斷一個幀是否應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)到哪個端口。,2.網(wǎng)橋的類型,（1）按網(wǎng)橋硬件所處的位置分類內(nèi)部網(wǎng)橋：在服務(wù)器的內(nèi)部安裝，使用兩塊網(wǎng)卡加上相應(yīng)的軟件就可以組成內(nèi)部網(wǎng)橋。外部網(wǎng)橋：一般是專用的硬件設(shè)備。（2）按網(wǎng)橋分布的地理范圍分類近程網(wǎng)橋：連接兩個相鄰的局域網(wǎng)段。遠(yuǎn)程網(wǎng)橋：連接兩個遠(yuǎn)程網(wǎng)段。此時，要使用兩個遠(yuǎn)程網(wǎng)橋，遠(yuǎn)程網(wǎng)橋要成對使用。,透明網(wǎng)橋容易安裝，無須人工輸入路由信息，但不能最佳地利用帶寬。,(1)透明網(wǎng)橋（生成樹網(wǎng)橋）,這種網(wǎng)橋插入電纜后就可自動完成路由選擇的功能，無需由用戶裝入路由表或設(shè)置參數(shù)，網(wǎng)橋的功能是自己學(xué)習(xí)獲得的。,（2）源路由網(wǎng)橋由幀的發(fā)送者顯式地指明路由信息。源路由(sourceroute)網(wǎng)橋在發(fā)送幀時將詳細(xì)的路由信息放在幀的首部中。源站以廣播方式向欲通信的目的站發(fā)送一個發(fā)現(xiàn)幀，每個發(fā)現(xiàn)幀都記錄所經(jīng)過的路由。發(fā)現(xiàn)幀到達(dá)目的站時就沿各自的路由返回源站。源站在得知這些路由后，從所有可能的路由中選擇出一個最佳路由。凡從該源站向該目的站發(fā)送的幀的首部，都必須攜帶源站所確定的這一路由信息。,3.網(wǎng)橋的特性,優(yōu)點網(wǎng)橋通過對不需要傳遞的數(shù)據(jù)進行過濾來實現(xiàn)基于物理地址的網(wǎng)絡(luò)間的通信分段。網(wǎng)橋可以互聯(lián)兩個或多個網(wǎng)絡(luò)。也就是說，網(wǎng)橋可以連接使用不同傳輸介質(zhì)、不同介質(zhì)訪問控制方式、但高層協(xié)議相同或兼容的有條件同構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)。通過網(wǎng)橋的過濾性能，隔離了不需要傳播的信息。,缺點要求網(wǎng)絡(luò)層以上的協(xié)議相同或兼容。網(wǎng)橋會處理接收到的數(shù)據(jù)信息，在執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)前先接收幀并進行緩沖，與中繼器相比會引入更多時延。網(wǎng)橋傳遞所有的廣播信息，因此難以避免廣播風(fēng)暴。網(wǎng)橋沒有路徑選擇能力，在存在多路徑時，網(wǎng)橋只使用某一固定的路徑。,網(wǎng)橋可以將一個沖突域分割為兩個。其中，每個沖突域共享自己的總線信道帶寬。,但是，如果主機C發(fā)送了一個目標(biāo)是所有主機的廣播類型數(shù)據(jù)包時，網(wǎng)橋要轉(zhuǎn)發(fā)這樣的數(shù)據(jù)包。網(wǎng)橋兩側(cè)的兩個網(wǎng)段總線上的所有主機都要接收該廣播數(shù)據(jù)包。因此，網(wǎng)段1和網(wǎng)段2仍屬于同一個廣播域。,5.3局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互聯(lián),5.3.1路由器,路由器識別不同網(wǎng)絡(luò)的方法是通過識別不同網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)ID號進行的，所以為了保證路由成功，每個網(wǎng)絡(luò)都必須有一個唯一的網(wǎng)絡(luò)編號。,路由器的基本工作原理路由器改進了網(wǎng)橋的功能，它將數(shù)據(jù)幀“封裝”到含有路由和傳送信息的數(shù)據(jù)包中，在公共數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送。當(dāng)路由器收到一個數(shù)據(jù)包后，讀出其中的源和目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)地址，然后根據(jù)路由表中的信息，利用復(fù)雜的路由算法，為數(shù)據(jù)包選擇合適的路由并轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包到達(dá)目標(biāo)節(jié)點前的路由器后，分解為數(shù)據(jù)鏈路層所認(rèn)識的數(shù)據(jù)幀，并把它傳送到目標(biāo)節(jié)點。（1）路由選擇路由器基于IP地址判斷路徑，會根據(jù)IP地址信息來判斷到達(dá)目的地的最優(yōu)路徑。判定到達(dá)目的地的最佳路徑，由路由選擇算法來實現(xiàn)。路由器利用網(wǎng)絡(luò)層定義的“邏輯”上的網(wǎng)絡(luò)地址（即IP地址）來區(qū)別不同的網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的互連和隔離，保持各個網(wǎng)絡(luò)的獨立性。路由器不轉(zhuǎn)發(fā)廣播消息，而把廣播消息限制在各自的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部。發(fā)送到其他網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)先被送到路由器，再由路由器轉(zhuǎn)發(fā)出去。,（2）數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)沿尋徑好的最佳路徑傳送信息分組。路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何將分組發(fā)送到下一個站點（路由器或主機），如果路由器不知道如何發(fā)送分組，通常將該分組丟棄；否則就根據(jù)路由表的相應(yīng)表項將分組發(fā)送到下一個站點，如果目的網(wǎng)絡(luò)直接與路由相連，路由器就把分組直接送到相應(yīng)的端口上。路由轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議和路由選擇協(xié)議是相互配合又相互獨立，前者使用后者維護的路由表，同時后者要利用前者提供的功能來發(fā)布路由協(xié)議數(shù)據(jù)分組。,當(dāng)IP子網(wǎng)中的一臺主機發(fā)送IP分組給同一IP子網(wǎng)的另一臺主機時，它將直接把IP分組送到網(wǎng)絡(luò)上，對方就能收到。而要送給不同IP子網(wǎng)上的主機時，它要選擇一個能到達(dá)目的子網(wǎng)上的路由器，把IP分組送給該路由器，由路由器負(fù)責(zé)把IP分組送到目的地。如果沒有找到這樣的路由器，主機就把IP分組送給一個稱為“缺省網(wǎng)關(guān)（defaultgateway）”的路由器上?！叭笔【W(wǎng)關(guān)”是每臺主機上的一個配置參數(shù)，它是接在同一個網(wǎng)絡(luò)上的某個路由器端口的IP地址。,2.路由器的主要特點（1）路由器是一種連接多個網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它能將不同網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)段或VLAN之間的數(shù)據(jù)信息進行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對方的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)成一個更大的網(wǎng)絡(luò)。（2）工作在網(wǎng)絡(luò)層（3）對大型網(wǎng)絡(luò)微段化,3.多協(xié)議路由器,路由器實現(xiàn)LAN-WAN-LAN互聯(lián)示例,5.3.2網(wǎng)關(guān),網(wǎng)關(guān)(Gateway)又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關(guān)在傳輸層上以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連，用于兩個高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡(luò)互連。在使用不同的通信協(xié)議、數(shù)據(jù)格式或語言，甚至體系結(jié)構(gòu)完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網(wǎng)關(guān)是一個翻譯器。與網(wǎng)橋只是簡單地傳達(dá)信息不同，網(wǎng)關(guān)對收到的信息要重新打包，以適應(yīng)目的系統(tǒng)的需求。同時，網(wǎng)關(guān)也可以提供過濾和安全功能。,1.網(wǎng)關(guān)的基本工作原理在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系中，網(wǎng)關(guān)的基本作用是根據(jù)目的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號與子網(wǎng)號，選擇最佳的出口對IP分組進行轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)跨網(wǎng)段的數(shù)據(jù)通信。,網(wǎng)關(guān)的基本類型（1）協(xié)議網(wǎng)關(guān)不同的網(wǎng)絡(luò)，具有不同的數(shù)據(jù)封裝格式，不同的數(shù)據(jù)分組大小，不同的傳輸率，這些網(wǎng)絡(luò)之間相互進行數(shù)據(jù)通信時采用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議不同，為消除不同網(wǎng)絡(luò)之間的差異，協(xié)議網(wǎng)關(guān)主要功能是在不同協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域間進行協(xié)議轉(zhuǎn)換如SNA網(wǎng)（IBM公司開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)）與TCP/IP網(wǎng)互連要用SNA網(wǎng)關(guān),（2）應(yīng)用網(wǎng)關(guān)應(yīng)用網(wǎng)關(guān)在應(yīng)用層上進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，是在不同數(shù)據(jù)格式間翻譯數(shù)據(jù)的系統(tǒng)。主要是針對一些專門的應(yīng)用而設(shè)置的網(wǎng)關(guān)，其主要作用是將某個服務(wù)的一種數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化為該服務(wù)的另外一種數(shù)據(jù)格式，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交流。這種網(wǎng)關(guān)通常是作為某個特定服務(wù)的服務(wù)器，但是又兼具網(wǎng)關(guān)的功能。最常見的此類服務(wù)器就是郵件服務(wù)器。SMTP協(xié)議系統(tǒng)與某些網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互連要用電子郵件網(wǎng)關(guān)(充當(dāng)LOTUS1-2-3郵件服務(wù)和MicrosoftExchange郵件服務(wù)之間的郵件網(wǎng)關(guān))，Oracle網(wǎng)與Sybase網(wǎng)