計算機網(wǎng)絡(luò)（本科）第六章 網(wǎng)絡(luò)互連及設(shè)備

網(wǎng)絡(luò)互連及設(shè)備第六章主要內(nèi)容互連設(shè)備網(wǎng)絡(luò)路由1、互連設(shè)備中繼器（repeater）網(wǎng)橋（bridge）交換機路由器（router）網(wǎng)關(guān)（gateway）網(wǎng)絡(luò)互連概述網(wǎng)絡(luò)互連需求擴大資源共享范圍實現(xiàn)分布式網(wǎng)絡(luò)計算（多方合作設(shè)計）部署大范圍的應(yīng)用（文檔管理，email通信）網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部連接－網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)際連接－互聯(lián)設(shè)備LAN－LANLAN－WAN網(wǎng)絡(luò)互連概述網(wǎng)絡(luò)互連的原則對原有網(wǎng)絡(luò)的硬件和軟件或者網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和協(xié)議不應(yīng)作太大的修改。執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)互連的部件應(yīng)當具有協(xié)調(diào)子網(wǎng)不同特性的能力。例如：編址方案、分組大小、訪問機制和協(xié)議轉(zhuǎn)換等。不應(yīng)為提高網(wǎng)絡(luò)之間傳輸?shù)男阅芏绊懜鱾€子網(wǎng)內(nèi)部的傳輸功能和性能。網(wǎng)絡(luò)互連概述網(wǎng)絡(luò)互連因素考慮連接設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備V.SOSI層次模型中繼器－Repeater(Hub)（1）目的：延伸網(wǎng)段。過程：信號（含噪聲）的接收和整形。形式：電纜延伸、光電轉(zhuǎn)換等。特點：通過轉(zhuǎn)發(fā)器互連的設(shè)備處于同一廣播域。

中繼器－Repeater（2）信號復(fù)制中繼器（3）信號整形(增強）Hub（4）光纖雙絞線細纜粗纜集線器轉(zhuǎn)發(fā)器堆疊式集線器網(wǎng)橋－Bridge（1）目的：實現(xiàn)子網(wǎng)內(nèi)沖突域的劃分 不同子網(wǎng)之間的互連功能：網(wǎng)絡(luò)層以下協(xié)議轉(zhuǎn)換，幀格式轉(zhuǎn) 換，速率匹配，地址過濾，差錯處 理，存儲轉(zhuǎn)發(fā)特點：工作于數(shù)據(jù)鏈路層，可以連接不 同的網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)橋－Bridge（2）

網(wǎng)橋網(wǎng)段1網(wǎng)段2OSI高層NDL1Ph1DL1Ph1DL2Ph2OSI高層NDL2Ph2網(wǎng)橋－Bridge（3）MAC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EthernetFDDI網(wǎng)橋－Bridge（4）分類簡單網(wǎng)橋：地址表全部由人工輸入。透明網(wǎng)橋(transparentbridge)或生成樹網(wǎng)橋(spanningtreebridge)全自動工作模式，對終端完全透明源路由網(wǎng)橋(sourcerouting)對終端不透明，由終端進行路由的發(fā)現(xiàn)透明網(wǎng)橋（5）地址學(xué)習(xí)－逆向?qū)W習(xí)法(backwardlearning)地址廣播地址學(xué)習(xí)地址查找地址表更新透明網(wǎng)橋－地址表（6）透明網(wǎng)橋－地址學(xué)習(xí)（7）網(wǎng)段1網(wǎng)段2網(wǎng)段3網(wǎng)段40012345604125456101738561017385A501C3dD5650173E56508C3dD5B50873EA6MAC地址端口地址映射表：00123456網(wǎng)段150873EA6,0012345650873EA6網(wǎng)段400123456,50873EA61017385A網(wǎng)段2………10173846,1017385A對嗎?透明網(wǎng)橋－環(huán)路處理（8）網(wǎng)橋環(huán)路的產(chǎn)生管理出錯多個網(wǎng)橋增加冗余鏈路，增加可靠性MACPORTA1A2B2B1B1B2BA1122MACPORTA1A2B2B1B1表B2表透明網(wǎng)橋－環(huán)路處理（9）環(huán)路的特點引起站點之間有多條通路造成地址映射表沖突可能引起分組循環(huán)環(huán)路的處理LAN網(wǎng)絡(luò)抽象——〉圖的處理生成樹（spanningtree）算法，所產(chǎn)生的生成樹是覆蓋所有節(jié)點的無環(huán)子圖。透明網(wǎng)橋－環(huán)路處理（10）生成樹（spanningtree)算法的特點分布式動態(tài)（處于不斷構(gòu)建之中，新加入或故障）生成樹（spanningtree)算法的目的消除環(huán)路任意兩個互聯(lián)的子網(wǎng)（網(wǎng)段）之間路徑唯一透明網(wǎng)橋－環(huán)路處理（11）生成樹算法原理網(wǎng)橋具有網(wǎng)橋標識和端口（網(wǎng)段）編號；端口可設(shè)置“轉(zhuǎn)發(fā)”、“阻塞”狀態(tài)。選擇一網(wǎng)橋作為樹根，①根網(wǎng)橋（指定或最小地址的橋）周期性（1-4s）發(fā)出Hello廣播報文；②所有網(wǎng)橋記錄并轉(zhuǎn)發(fā)該報文；③多個橋向同一網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)該報文時，小地址橋的端口置為“轉(zhuǎn)發(fā)”狀態(tài)，其它橋的相應(yīng)端口可置為“阻塞（不轉(zhuǎn)發(fā)）”；④保證每個網(wǎng)段都（僅）有一個橋（端口）負責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)；⑤當同一橋的多個端口沖突時，阻塞編號較高的端口。⑥最終形成一個面向根節(jié)點（根網(wǎng)橋）的轉(zhuǎn)發(fā)非循環(huán)樹。透明網(wǎng)橋－環(huán)路處理（12）231456ABCDEFG透明網(wǎng)橋－環(huán)路處理（12）231456ABCDEFG231456ABCDEFG源路由網(wǎng)橋（13）假定每個幀的發(fā)送者都知道接收者是否在同一LAN上，當發(fā)送一幀到另外的LAN時，源機器將目的地址的高位設(shè)置成1作為標記。在幀頭加進此幀應(yīng)走的實際路徑。網(wǎng)橋根據(jù)標注的路徑進行轉(zhuǎn)發(fā)。源路由的查找查找?guī)?discoveryframe)交換機（1）交換機是特殊的網(wǎng)橋交換機連接同構(gòu)的網(wǎng)段（子網(wǎng)）獨享帶寬劃分沖突域交換機（2）100M交換器10M交換器10M交換器100M100M10MHubHub網(wǎng)段網(wǎng)段子網(wǎng)子網(wǎng)交換機-VLAN（3）目的：將不同物理網(wǎng)段上的節(jié)點劃分為邏輯工作組特點：方便節(jié)點的移動、增加和刪除劃分方法按照交換機端口進行劃分按照主機MAC地址進行劃分按照主機IP地址進行劃分交換機-VLAN（4）(port)

(MAC)(IP)有何不同?zw2-1>showvlanVLANNameStatusPorts---------------------------------------------------------------------------1defaultactive100ggqactiveGi1/0/1,Gi1/0/2,Gi1/0/3Gi1/0/4,Gi1/0/5,Gi1/0/6Gi1/0/7,Gi1/0/8,Gi1/0/26200wgxactiveGi1/0/11,Gi1/0/12,Gi1/0/13Gi1/0/14,Gi1/0/15,Gi1/0/16300ljzactiveGi1/0/17,Gi1/0/18,Gi1/0/19Gi1/0/20,Gi1/0/21,Gi1/0/22Gi1/0/23,Gi1/0/24,Gi1/0/27Gi1/0/28540VLAN0540activeGi1/0/9,Gi1/0/101002fddi-defaultact/unsup1003token-ring-defaultact/unsup1004fddinet-defaultact/unsup1005trnet-defaultact/unsupVLANTypeSAIDMTUParentRingNoBridgeNoStpBrdgModeTrans1Trans2--------------------------------------------------------------------交換機-VLAN（6）VLAN之間的通信由路由器或者具有三層交換功能的交換機完成。三層交換機功能：是指具有路由功能的交換機，互聯(lián)同構(gòu)子網(wǎng)或網(wǎng)段，不需進行協(xié)議轉(zhuǎn)換，是一種簡化的路由器。三層交換機的特點：保持兩層交換機的靈活性，同時通過硬件完成路由和交換功能，支持高速處理。路由器（Router）（1）功能網(wǎng)絡(luò)內(nèi)子網(wǎng)之間的互連同構(gòu)(異構(gòu))網(wǎng)絡(luò)之間的互連形成廣域網(wǎng)運行路由算法/協(xié)議(RIP,OSPF,BGP)在輸入鏈路到輸出鏈路之間交換數(shù)據(jù)包工作于網(wǎng)絡(luò)層訪問控制網(wǎng)絡(luò)管理路由器（Router）（2）

路由器子網(wǎng)1子網(wǎng)2OSI高層N1DL1Ph1DL1Ph1DL2Ph2OSI高層N2DL2Ph2N1N2路由器（Router）（3）體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)擁塞路由器（Router）（4）RoutingprotocolRoutetableRoutelookupRoutingProtocolRoutingAlgorithmsNetworkinformation路由處理路由器（Router）（5）交換模塊路由器（Router）（6）物理層:bit-級接受數(shù)據(jù)鏈路層:如：以太網(wǎng)通過目的地址從路由表中查找輸出接口如果數(shù)據(jù)報到達速率>轉(zhuǎn)發(fā)速率，則需要排隊輸入端口路由器（Router）（7）輸出端口如果從交換結(jié)構(gòu)到達速率大于卡的發(fā)送速率，則需要排隊路由器（Router）（8）路由協(xié)議靜態(tài)路由動態(tài)路由RIP－距離向量協(xié)議OSPF－鏈路狀態(tài)協(xié)議BGP－邊界網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議網(wǎng)關(guān)－Gateway功能高層協(xié)議的轉(zhuǎn)換SMTPTCPIPLLCMACSTNDLPhA-MHSPSTNDLPhA-MHSPSMTPTCPIPLLCMAC網(wǎng)關(guān)2.網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)網(wǎng)絡(luò)互連應(yīng)用2.網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)通信子網(wǎng)構(gòu)成形式網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)問題解決路由器交換機路由網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)路由行為－h(huán)ow尋徑:即判定到達目的地的最佳路徑，由路由協(xié)議和選擇算法來實現(xiàn)，本過程產(chǎn)生路由表。轉(zhuǎn)發(fā)（forward）:即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）。Routerouting?Windows下的命令Routenetstat網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)路由轉(zhuǎn)發(fā)表的形式DestinationMASKNext-hopflagInterfaceUHlo0UGle055583UHGle083UGle0網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)ActiveRoutes:DestinationNetmaskGatewayInterfaceMetric011001055155550010015555001DefaultGateway:主機終端路由實例網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)路由表（routingtable）靜態(tài)路由靜態(tài)路由是在路由器中設(shè)置的固定的路由表。由于靜態(tài)路由不能對網(wǎng)絡(luò)的改變作出反映，一般用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模不大、拓撲結(jié)構(gòu)固定的網(wǎng)絡(luò)中。靜態(tài)路由的優(yōu)點是簡單、高效、可靠。網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)路由表（routingtable）動態(tài)路由動態(tài)路由是路由器之間動態(tài)地傳遞路由信息，不斷更新路由表的過程。它能實時地適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的變化，通過路由算法，更新各自的路由表以動態(tài)地反映網(wǎng)絡(luò)拓撲變化。動態(tài)路由適用于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大、網(wǎng)絡(luò)拓撲復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。當然，各種動態(tài)路由協(xié)議會不同程度地占用網(wǎng)絡(luò)帶寬和CPU資源。

網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)靜態(tài)路由與動態(tài)路由優(yōu)先級在所有的路由中，靜態(tài)路由優(yōu)先級最高，當動態(tài)路由與靜態(tài)路由發(fā)生沖突時，以靜態(tài)路由為準。網(wǎng)絡(luò)中動態(tài)路由通常作為靜態(tài)路由的補充，當分組被路由時，路由器首先查找靜態(tài)路由，如果查到則根據(jù)相應(yīng)的靜態(tài)路由轉(zhuǎn)發(fā)分組；否則再查找動態(tài)路由。網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)動態(tài)路由產(chǎn)生（D_routing）RoutingprotocolNetworkinfo.routingalgorithmUsenetworkinfo.Createroutes.RoutetableRoutelookupRoutingProtocolRoutingAlgorithmsRoutingprotocolOtherroutersNetworkinformationDifferentroutingmechanisms1

2

312

31

2

3USER11USER12USER13USER21USER22USER23

Router

PhysicallinkRouteTableDirectRouteRedirectRouteSpecificHostRouteSpecificNetworkRouteDefaultRouteRouteTableDestinationNetMaskNexthopFlagIFCtUHlo0UGle055583UHGle083UGle0prifixGatewayFlagIF\15UHlo0CIDR無類域間路由RoutingAlgorithmsRoutingalgorithmsShortestPathRoutingRoutingAlgorithmsDistanceVectorRouting(Bellman-Ford)RoutingProtocolIGPRIPOSPFEGPBGPRoutingProtocolRoutingProtocolRIP（Routeinformationprotocol）Rfc2453（ripv2）(forsmall&middlenetwork<16hops)Algorithm：distancevectoralgorithmProcedure:Every30seconds,theRIPprocessisawakenedtosendanunsolicitedResponsemessagecontainingthecompleteroutingtabletoeveryneighboringrouter.Comparetheresultingupdatedistanceswiththecurrentroutingtableentries.Ifthenewresultingdistanceissmallerthantheexistingvalue,adoptthenewroute.Iftheupdateristherouterfromwhichtheexistingroutecame,i.e.,thenusethenewmetricevenifitislargerthantheoldone.RoutingProtocolRIP-----Count-to-infinityExample:交換次數(shù)R1路由表R4路由表R2路由表R3路由表初始Net0-1Net0-16Net0-16Net0-16第1次Net0-1Net0R12Net0R111Net0-16第2次Net0-1Net0R12Net0R43Net0R43Here,16meansinfinity交換次數(shù)R1路由表R4路由表R2路由表R3路由表初始Net0-1Net0-16Net0R43Net0R43第1次Net0-1Net0R24Net0R43Net0R43第2次Net0-1Net0R24Net0R44Net0R44第3次Net0-1Net0R25Net0R44Net0R44……………Net0-1Net0R212Net0R111Net0R412在180s之內(nèi)，R4沒有收到鄰居R1關(guān)于Net0的消息，則認為鏈路中斷，距離置為16Problem:tworoutershaveroutespointingateachother.Thetwosolutionsasfollowing:"splithorizonwithpoisonedreverse""Splithorizon"isaschemeforavoidingproblemscausedbyincludingroutesinupdatessenttotherouterfromwhichtheywerelearned."Splithorizonwithpoisonedreverse“includessuchroutesinupdates,butsetstheirmetricstoinfinity."triggeredupdates"“Splithorizonwithpoisonedreverse”willpreventanyroutingloopsthatinvolveonlytworouters.However,itisstillpossible