第五章 网络互连
第五章网络互连和ip地址精品PPT课件
第二，IP地址在使用时有很大的浪费。 例：某单位申请到B类地址，B类可容纳6.5万个，该单位
有1万台主机，其余：5.5万个IP地址浪费。
如何划分子网
• 根据地理分布特点划分 – 易于组网技术实现 • 楼群内采用局域网技术构成子网 • 楼群间选择合适的传输媒体和互Байду номын сангаас设备使不同子 网互连 – 节省经费
私有地址
用于企业内部网的IP地址，不会被任何
INTERNET上的路由器转发
➢10.0.0.0—10.255.255.255 A类地址
一个
➢172.16.0.0—172.31.255.255 地址
16个B类
➢192.168.0.0—192.168.255.255 256个C类地 址
IP地址的特性
• 提供全网统一、有效的地址模式
130.1.1.1
主机
主机
主机
130.1.m.11
主机
主机
130.n.*.*
主机
二、IP地址与物理地址
IP地址
首部 应用层数据 TCP报文
硬件地址
首部
数据 IP数据报
网络层及以上 使用IP地址
首部
尾部
Data link及以下 使用硬件地址
MAC帧 （1）IP地址放在IP数据报的首部（在网络层以上使用）。
Internet的网际协议IP
一、IP协议概述 IP协议是TCP/IP体系中二个中最主要的协议
之一，与IP协议配套使用的还有三个协议：
• 地址解析协议ARP(Address Resolution
Protocol)
网络互连 5章
2021/1/15
主讲：朱志国
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网络互连设备
LAN互连的实现： 中继器/HUB － 在物理层上实现互联 网桥、二层交换机 － 在数据链路层上实现互联 路由器 － 在网络层上实现互联
2021/1/15
主讲：朱志国
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网络互连设备－网桥
➢ 网桥（Bridge 桥接器）的工作特性：
局域网到局域网互连
LAN-WAN
局域网到广域网互连
WAN-WAN
广域网到广域网互连
LAN-WAN-LAN
局域网通过广域网互连
2021/1/15
主讲：朱志国
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网络互联层次和模型
从OSI/RM层次观点考察网络互联
保证异种机和网络之间的开放性、兼容性和互操作性 协议转换原则：下层有差异，上层来统一。
第五章 网络互连
➢网络互连概述 ➢网络互连设备 ➢路由选择算法与协议 ➢广域网技术
网络互连概述
网络互连：利用设备和协议、技术使不同类型、规模的计算
机网络互连 。
目 的：1.实现更大范围、更强功能、资源更丰富共享
2.便于管理，大的网络->多个独立网段
internet和Internet有什么区别？
internet指：遵守相同协议的网络互连起来组成一个资源 共享的更大网络。（概念、泛指）
Segment 1 List U U, V U, V U, V U, V U, V U, V, W
Segment 2 List Z Z, Y Z, Y Z, Y, X Z, Y, X
的功能。
2021/1/15
主讲：朱志国
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2021/1/15
主讲：朱志国
第5章 网络互连技术
第5章网络互连技术主要内容:1、局域网互连2、网络互连原理3、无连接网络互连、各种路由选择算法和协议4、核心路由器体系结构体系一、局域网互连1、网络互连的目的:是将多个网络互相连接，以实现在更大范围内的信息交换资源共享和协同工作。
2、局域网互连方式:从距离上分有本地局域网互连和远程局域网互连即LAN-LAN和LAN-WA N-LAN;从互连所采用的介质区分，有同轴细缆或粗缆(coa xial cable)、各类非屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted pair)和屏蔽双绞线STP(shielded Twisted pair)、单模或多模光纤等(optical fiber)连接方式。
3、局域网互连划分:物理层(中继器re peater):使用中继器在不同电缆段之间复制位信号，工作在OSI物理层，互连同类型网段，只起到放大信号的作用，驱动长距离通信。
又称集线器(hub)，可分为普通型，可叠加组合型和高档智能型。
网桥(bridge):使用网桥在局域网之间存储、转发帧，工作在OSI数据链路层，更准确地说应该位于MAC层，它互连兼容地址的局域网，利用同MAC和MAC地址，以及存储、转发功能进行局域网间的信息交换。
从应用上分本地网桥和远程网桥、主干网桥;从帧转发功能分配分透明网桥和源地址路径选择网桥。
透明网桥TB的基本功能有学习及过滤、帧转发和分枝树算法功能。
(1)网桥作信息帧转发时要利用地址转发表，按表中学习到的MAC地址和网桥对应关系，将包准确转发到该网桥。
但如网桥未学习到MAC地址时，便将帧发向除接收口之外的所有接口，这在网桥刚启动工作时会造成大量的广播帧，称为广播风暴(broadcast storm)。
(2)扩展树协议是为了克服由于网桥不具网络层功能，在常任冗余路径的网桥中出现信息回路造成网桥瘫痪的问题。
IEE802.1定义了分枝树协议STP，将整个网络路由定义为无回路的树形结构。
(3)源地址路径选择网桥SRB主要用于标记环IEEE802.5标记环局域网。
第五章网络互联设备
39
交换机
40
交换机与集线器的区别
共享式HUB
It’s for c
It’s for c
e
It’s for c It’s for c It’s for c
a
d
b
c
41
I’know who is c 交换式HUB
A
网3
网1 网2
11 51 E
21 D5 1
B
31
网4
41
网5
51
61
41 6 1 网6
F
C
“4”表示“从本路由 器到网 4”
“”表示“直接交付” “1”表示“距离是 1”
路由器 B 收到相邻路由器 A 和 C 的路由表
11 21 31
A
网3
网1 网2
11 51 E
21 D5 1
B
31
网4
41
(2)根据工作方式的不同，HUB可 分为共享式HUB 、堆叠共享式HUB以 及切换式HUB三大类。
22
5.2 集线器
3 集线器的扩展 a.集线器的堆叠(Stack)
集线器的堆叠是指将若干集线器 以特殊电缆通过特殊的端口连接起， 堆叠后的集线器从网络拓扑中可视为 一个集线器，也可作为一个集线器来 管理，如图所示。
下图是路由器功能的典型例子 54
主机 H1 IP1
查找路由表
硬件地址 路由器 R1
查找路由表
路由器 R2
HA1 局域网 HA3
HA4 局域网 HA5
HA6
主机 H2 IP2
局域网 HA2
网络的互连
网络互连的层次不同，互连的设备也不同： 中继器、集线器 网桥 、交换机（二层） 路由器、三层交换机 网关
5．2．1中继器、集线器
网络带你进入新的视野，铸就你成才之路
中继器的特点：中继器工作在物理层；
中继器、集线器
网络带你进入新的视野，铸就你成才之路
中继器又被称为转发器，中继器工作在物理 层，对于高层协议完全透明，它是局域网互联的 最简单的设备。 由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会 逐渐衰减，中继器相当一个信号放大还原的设备。 主要作用是信号的复制、调整和放大，以此来延 长网络的长度。
5．2．2 网桥
网络带你进入新的视野，铸就你成才之路
网桥又称桥接器，是一种工作在数据链路层的网络互连设 备，它在数据链路层对数据帧进行存储转发，实现网络互 连。根据帧的目的地址处于哪一网段来进行转发和滤除。 使用网桥连接起来的网段从逻辑上看是一个网络，也就是 说，网桥可以将两个以上独立的物理网络连接在一起，组 成一个逻辑局域网。
Байду номын сангаас
5．1．2网络互连的功能
网络带你进入新的视野，铸就你成才之路
1．屏蔽各个物理网络的差别
寻址机制的差别，每种网络有不同的端点名字、编址方法与目录 保持方案，需要提供全局网络编址方法与目录服务。 分组最大长度的差别，在互连的网络中，分组从一个网络传送到 另一个网络时，往往需要分成几部分称为分段 ，然后再合并。 差错恢复的差别等
2．隐藏各个物理网络实现细节 3．为用户提供通用服务
5．1．3网络互连的类型
网络带你进入新的视野，铸就你成才之路
计算机网络分为局域网、城域网与广域网 三种，因此，网络互连类型主要有以下几种： 局域网—局域网互连 局域网一广域网互连 局域网一广域网一局域网互连 广域网一广域网互连
网络互连技术
用集线器实现主机互联：
5.2.2 数据链路层网络互联设备 （网桥与二层交换机） 网桥是在数据链路层上实现网络互连 的设备，二层交换机是一种多端口的 网桥，主要用于交换式网络中。
网桥的功能：
（1）网桥能够互连两个采用不同数据 链路层协议、不同传输介质、不同传输 速率的网络。 （2）网桥通过存储转发和地址过滤方 式实现互连网络之间的通信。 （3）用网桥互连的网络在数据链路层 以上采用相同的协议。
路由器到最后一比特从路由器输出的时间 间隔。 ●VPN支持能力：通常路由器都能支持 VPN。 ●大家在选择路由器的时候可以从上述几 个方面入手，选择合适的产品。
3、 路由表
路由器的主要工作就是通过路由表为 经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传 输路径，并将该数据有效地传送到目的站 点。 路由表根据其的生成方式，可以分为 静态路由表和动态路由表两种：
Console AUX
路由器的硬件连接
路由器与局域网接入设备之间的连接
AUI接口的连接方法
路由器的硬件连接
路由器与广域网接入设备之间的连接
Байду номын сангаас
异步串口和路由器连接
路由器的硬件连接
路由器与广域网接入设备之间的连接
同步串口 和路由器连接
路由器的硬件连接
路由器与广域网接入设备之间的连接
ISDN BRI接口连接
路由器物理结构
处理器
路由器存储器
只读内存（ROM） 闪存（FLASH） 随机存取内存（RAM） 非易失性RAM（NVRAM）
路由器接口及连接线缆
●局域网接口：
AUI接口 RJ-45接口
SC接口
路由器接口及连接线缆
●广域网接口：
高速同步串口
计算机网络基础与应用-网络互连
5．2 网络互连设备
常用的网络互连设 备有中继器、网桥、
路由器和网关。
5．2．1中继器、集线器
中继器又被称为转发器，中继器工作在物理层， 对于高层协议完全透明，它是局域网互联的最
简单的设备。
集线器也称为集中器，作用与中继器类似，其 也工作在物理层，具有信号放大功能，它与一 般中继器的区别仅在于能够提供更多的端口服
（3）FLASH （快速闪存
（4）ROM （只读存储器
2．路由器工作原理
路由器的主要工作就是为经过路由器的每个 分组（Packet，亦称包）寻找一条最佳传输 路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。
2．路由器的功能
路径选择。 数据转发。
3．路由器的分类
（3）按照结 构划分
（4）按照应 用划分
（5）按照所 处网络位置
划分
（2）按照功 能划分
（1）按照网 络协议划分
（6）按照性 能划分
5．2．6 网关
网关又称网间连接器或协议转 换器。其工作在OSI七层模型 的传输层或更高层，即在传输 层以上实现网络的互连。网关 能够连接两个高层协议完全不 同的网络，网关能将收到的信 息转换为目的网络所能接收的
数据格式，
5．2．6 网关
路。
（2）互联，指网络 在物理和逻辑上，尤 其是逻辑上的连接。
（3）互通，指两个 网络之间可以交换数
据。
（4）互操作，指网 络中不同计算机系统 之间具有透明地访问 对方资源的能力。
2．互连的要求
（1）在互连的网 络之间提供链路， 至少有物理线路
和数据线路。
（2）在不同网络 结点的进程之间 提供适当的路由 来交换数据。
（3）提供网络记 账服务，记录网 络资源使用情况。
第5章网络互连技术PPT课件
27.07.2020
第5章 网络互连技术
3、 光纤(略) 远距离 虽然信号在同轴电缆上传输的速度与光信
号在光缆上传输的速度差不多，但光信号 可以传得更远。一个简单的PC局域网在无 需中继器情况下就可使传输距离超过3.5 公里。 抗干扰 光缆的另一特点是抗电气干扰能力强和不 活泼化学特性，因而可以在各种复杂环境 中铺设。
胡振山讲义
1
第一部分
整体概述
THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, PLEASE SUMMARIZE THE CONTENT
27.07.2020
第5章 网络互连技术
5.1网络互连概述 5.1.1网络互连分类
1、粗缆连接 若各局域网段在物理上靠得较近，
5
27.07.2020
第5章 网络互连技术
FDDI(光纤分布式数据接口)技术是 由美国国际标准协会指定标准，带 宽100Mbps，它的每个电缆环长度限 制在约100公里内，节点间距可超过 2.5公里。FDDI体系结构采用一个光 缆环(主、副环)传送数据，两个环 同处于一个物理级数据拓扑结构中， 副环主要目的是在主环出现故障时 提供后备连接。
使用注意事项 (1) 中继器连接的以太网不能形成环； (2) 必须遵MAC协议定时特性，不能将电
缆无限制地连接起来，需要遵守5－4－3 规则。
27.07.2020
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27.07.2020
第5章 网络互连技术
2.集线器 集线器（Hub）是一种特殊的中继器，
它可以转接多个网络电缆，把多个 网络段连接起来，一般大家管原来 的共享总线或称广播式集线器叫做 HUB。大家熟悉的10BaseT标准网络 模式中核心就是集线器，它可以连 接网络的各个节点，使用集线器的 优点是：当网络上的某条线路或节 点出现故障，不会影响网络上其它 节点。
第5章 网络互连
第5章网络互连5.1网络互连概述5.1.1网络互连的基本概念图5.1互联网的概念5.1.2利用网桥扩大局域网1. 网桥的基本工作原理图5.2用网桥实现局域网的互连2. 网桥的类型计算机网络教程(第二版) 2图5.3网桥引起的兜圈子3. 网桥的功能5.1.3路由器在网络互连中的应用1. 路由器的基本功能2. 路由器的组成图5.4路由器组成3. IP路由器的操作过程计算机网络教程(第二版) 3图5.5用IP路由器进行互连5.2因特网的网际协议IP5.2.1 IP地址1. 分类编址图5.6 IP地址结构计算机网络教程(第二版) 4图5.7 IP地址的5种类型2. IP地址与物理地址计算机网络教程(第二版) 5图5.8从不同层次上看IP地址和物理地址图5.9 IP地址与物理地址的区别5.2.2地址解析1. 从IP地址到物理地址的解析2. 从物理地址到IP地址的映射计算机网络教程(第二版) 65.2.3 IP数据报1. IP数据报的格式图5.10 IP数据报格式图5.11 IP数据报的分片图5.12选项码的3个字段计算机网络教程(第二版) 72. IP数据报的寻径图5.13因特网路由表举例5.3子网的划分和构造超网5.3.1子网的划分1. 子网的概念2. 子网掩码计算机网络教程(第二版)8图5.14子网的划分3. 在使用子网时IP数据报的转发图5.15划分子网后数据的转发举例5.3.2构造超网1. 网络前缀2. 最长前缀匹配计算机网络教程(第二版) 9 5.4因特网差错与控制报文协议图5.16 ICMP报文格式与封装1. 类型计算机网络教程(第二版)10图5.17 ICMP差错报告报文数据部分的内容2. 代码3. 检验和5.5因特网的路由选择协议图5.18自治系统与内部、外部网关协议5.5.1内部网关协议RIP图5.19路由器R1到目的网络的距离1. 距离向量算法图5.20使用RIP协议时路由表的建立过程2. RIP协议的报文格式图5.21 RIP2的报文格式5.5.2内部网关协议OSPF1. OSPF的基本原理与特点2. 路由器的可达性与链路状态数据库的同步5.5.3外部网关协议5.6 IP多播与因特网组管理协议IGMP 5.6.1 IP多播图5.22多播示意图1. IP多播地址2. 使用以太网进行多播图5.23 D类IP地址与以太网多播地址的映射关系5.6.2因特网组管理协议IGMP图5.24 IGMP报文格式5.6.3隧道技术图5.25隧道技术在多播中的应用5.7下一代的网际协议IPv65.7.1 IPv6数据报的格式图5.26 IPv6数据报的格式1. 基本首部2. 扩展首部图5.27 IPv6的扩展首部3. 分片扩展首部图5.28分片扩展首部的格式图5.29 IPv6数据报分片举例5.7.2 IPv6的地址空间5.7.3从IPv4向IPv6过渡图5.30使用双协议栈实现从IPv4到IPv6的过渡图5.31使用隧道技术进行从IPv4到IPv6的过渡5.8虚拟专用网VPN图5.32用隧道技术实现虚拟专用网习题5.1网络互连有何实际意义？进行网络互连时，有哪些共同的问题需要解决？网络互连有哪些方式？5.2转发器、网桥、路由器和网关有何区别？它们工作在什么层次？5.3为什么转发器不适合连接通信协议不同的网络？在什么情况下适合用网桥作为互连设备？什么情况下适合用路由器作为互连设备？5.4局域网互连中所用的网桥的工作原理和特点是什么？目前采用何种路由选择策略？5.5用一句话概述网际层提供什么样的网络服务？5.6试简单说明IP、ARP、RARP和ICMP等协议的作用。
计算机系统结构第5章互连网络.ppt
操作系统通知硬件开始发送消息 等待来自机器B的回应 若收到机器B的回答信号则释放缓冲区中消息； 若超时计数器超时还未收到回答信号则重发消息
机器B接收数据的步骤：
网络接口硬件
消息
机器B操作系统缓冲区
机器B操作系统根据接收到的数据计算检查和。 若计算出的检查和与发送过来的匹配，向接收方发 出回答信号；若不匹配，则删除消息 若数据通过检查： 机器B操作系统缓冲区 启动应用程序继续执行 数据 用户地址空间
将偶数输入端与前一半输出端依次相连，将奇数 输入端与后一半输出端依次相连。 将输入端序列分为前后两组，每组轮流出牌所得 序列即输出端序列。
0 1
0 4 0 1 0 8 2 1 3 4 2 3 4 5 6 8 9 6 3 5 7 7 13 6 14 7 15
1 6
5 2 7
5
10 11 12 13 14 15
子洗牌置换
σ(k)(xn-1 xn-2…xk+1 xk xk-1 …x1 x0) =xn-1 xn-2…xk+1 xk-1…x1 x0 xk
将2n个输入端分为2n-k-1组，每2k+1个输入为一组，组内 进行均匀洗牌置换
超洗牌置换
σ(k)(xn-1 xn-2…xn-k xn-k-1 xn-k-2 …x1 x0) = xn-2…xn-k xn-k-1 xn-1…x1 x0 xk
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
0 1 2 3 4 5 6 7
蝶式置换β
子蝶式 置换β(1)
超蝶式 置换β (1) β(0)(x)= β(0)n-1)(x)= β(x)
第5章 网络互连技术-2009
16/52
网络教程
网络互联的类型
（1）网络互联的应用类型 局域网之间的互联 局域网与广域网之间的互联
局域网通过广域网与Internet之间的互联
多个远程局域网之间互联为广域网
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网络教程
（2）互联局域网的类型
同构网络
所谓同构网络是指具有相同特性和性质的 网络，也就是说它们具有相同的通信协议，呈现 给接入设备的界面也相同。 异构网络 所谓异构网络是指具有完全不同的传输性质 和通信协议的网络。
以小写字母 i 开始的 internet（互联网或互连网）是一
个通用名词，它泛指由多个计算机网络互连而成的虚拟 网络。 以大写字母 I 开始的的 Internet（因特网）则是一个专 用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相 互连接而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族， 且其前身是美国的 ARPANET。
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网络教程
3、网桥的特性 1.网桥工作在数据链路层，对高层协议透明，能够
转发任何网络层协议的数据流。
2.网桥工作在第二层，不检查网络层的数据分组和 网络地址，与网络层无关，而广播信息是根据网络地
址进行传播，网桥转发所有的广播帧，没有隔离广播
信息的能力。 3.网桥能够互联不同的网络，在不同的局域网之间 提供转换功能；
具有“路由器的功能、交换机的性能” 的三 层交换机虽然同时具有二层交换和三层路由的特 性，但是三层交换机与路由器在结构和性能上还 是存在很大区别的。在结构上，三层交换机更接 近于二层交换机，只是实现了部分路由器的功能。
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网络教程 三层交换机使用了三层交换技术 简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。它 解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管 理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
第5章 计算机网络互连技术及应用
• 2．网络互连的层次分类
一般情况下，网络互连可以在ISO/OSI 七层模型中的任意一层进 行，主要有以下几种： ① ② ③ ④ 物理层互连 数据链路层互连 网络层互连 高层互连
网络互连的一般原则是从互连层开始，其上各层的协议要相同， 而互连层下面各层的协议的异构特性则由互连层屏蔽。一般来说，互 连的层次越高，互连协议就越复杂。
11
• 2．集线器(HUB)
集线器其实是一种特殊的中继器，它有一个端口和主干 网连接，而其他的端口连接一组工作站，如图就是一个典型的集线器 实物图。
12
• 3．集线器的种类
根据集线器的功能的不同，可以将集线器分成不同的类型:
① ② ③ ④ 独立式集线器 堆叠式集线器 模块式集线器 智能型集线器
13
第 5 章
计算机网络互连技术及应用
1
【本章目标】
• 一个计算机系统，接入计算机通信网络， 可以与其它计算机系统通信。计算机通信 网络互连技术是解决两个计算机通信网络 中的某两个计算机系统相互通信的技术。 本章介绍计算机通信网络互连技术的层次 性，各种互连设备的工作原理，以及路由 协议、IP协议和移动IP、IP组播。
19
5.2.6 网络互连设备的比较与应用选择
表中列出中继器（集线器）、网桥（第二层交换机）、路由器 （第三层交换机）、网关等互连方式的特点比较.
20
5.3 路由协议
5.3.1路由协议概述 5.3.2路由信息协议RIP 5.3.3开放式最短路径优先协议OSPF 5.3.4边界网关协议4（BGP-4）
31
5.4 IP协议
• • • • 5.4.1 5.4.2 5.4.3 5.4.4 Internet协议概述 IP地址及子网 IP协议 ICMP协议
第五章 网络互连
• 工作站越多意味着冲突越多
中继器、集线器和冲突域
中继器会对比特进行再生和重定时，但是中继 器不能对通过它们的业务流量进行过滤。中继 器会把一个端口收到的信号转发到所有的端口 使用中继器会扩展冲突域的范围，在中继器两 端的网络是一个大的冲突域 集线器也称多端口中继器，进入集线器一个端 口的任何信号都会再生、重定时而且被发送到 其余的所有端口 中继器和集线器都是第1层的设备，因此它们 不会对网络流量进行过滤。 如图所示
交换机的三种功能
地址学习 转发/过滤
避免环路
地址学习
MAC 地址表
A B
0260.8c01.1111
E0 E2
E1 E3
0260.8c01.3333
C
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
• 初始 MAC 地址表是空的
地址学习
MAC 地址表 E0: 0260.8c01.1111
广播风暴
服务器/主机 X
路由器 Y
网段 1
交换机 A
广
播
交换机 B
网段 2
多帧复制
服务器/主机 X 单 播 单 播 路由器 Y 网段 1 单 播
交换机 A
交换机 B
网段 2
• 主机 X 发送一单播帧到路由器Y • 路由器 Y MAC地址还没有被交换机学习到 • 路由器 Y 将接收到两个相同的帧
解决办法：生成树协议
用集线器搭建简单的网络
以1台服务器，3台PC机为例：
一台HUB 4块UTP接口的网卡 4台PC机 8个RJ45接头（水晶头） 若干米UTP双绞线 NIC UTP
第5章网络互连技术
第5章 网络互连技术
5．1．2网络互连中的问题 不同网络之间存在许多方面的差异，
进行网络互连必须认真分析。表6.1 列出了网络层可能存在的差异。
2020/2/8
8
第5章 网络互连技术
当源网络发送分组到目的网络要跨 越一个或多个外部网Leabharlann 时，在网络 接口处就会出现许多问题：
1、当一个面向连接的网络发送的分 组跨越一个无连接的网络时，需要 重新排序，这是源与目的网络所未 曾希望的；
2020/2/8
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第5章 网络互连技术
2020/2/8
集线器的主要作用： 1、连接作用：将多个RJ45连接，同
时可以将双绞线同细缆/粗缆相连； 2、放大信号； 3、当HUB 将测到冲突信号时，产生
JAM信号，防止其他计算机不能监测 到碰撞信号； 4、自动监测故障站点，从网络上隔 离有问题的计算机。
16
第5章 网络互连技术
集线器的特点：
1、网络结构化的重要特征：
集线器是星形结构网络的中心，用 于将多个客户机和服务器连接到一 个中央区的网络上。也就是说，集 线器可以将多个网络段连接起来。 集线器是网络的重要构件，是网络 结构化的重要特征。集线器能将一 个网络段上接收到的信号进行扩播 放大后发送到另一网络段上，即具 有中继器的功能。
缆无限制地连接起来，需要遵守5－4－3 规则。
2020/2/8
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第5章 网络互连技术
2.集线器
集线器（Hub）是一种特殊的中继器， 它可以转接多个网络电缆，把多个 网络段连接起来，一般大家管原来 的共享总线或称广播式集线器叫做 HUB。大家熟悉的10BaseT标准网络 模式中核心就是集线器，它可以连 接网络的各个节点，使用集线器的 优点是：当网络上的某条线路或节 点出现故障，不会影响网络上其它 节点。
第5章-网络互连
第5章网络互连5.1网络互连概述5.1.1网络互连的基本概念图5.1互联网的概念5.1.2利用网桥扩大局域网1. 网桥的基本工作原理图5.2用网桥实现局域网的互连2. 网桥的类型图5.3网桥引起的兜圈子3. 网桥的功能5.1.3路由器在网络互连中的应用1. 路由器的基本功能2. 路由器的组成图5.4路由器组成3. IP路由器的操作过程图5.5用IP路由器进行互连5.2因特网的网际协议IP5.2.1 IP地址1. 分类编址图5.6 IP地址结构图5.7 IP地址的5种类型2. IP地址与物理地址图5.8从不同层次上看IP地址和物理地址图5.9 IP地址与物理地址的区别5.2.2地址解析1. 从IP地址到物理地址的解析2. 从物理地址到IP地址的映射5.2.3 IP数据报1. IP数据报的格式图5.10 IP数据报格式图5.11 IP数据报的分片图5.12选项码的3个字段2. IP数据报的寻径图5.13因特网路由表举例5.3子网的划分和构造超网5.3.1子网的划分1. 子网的概念2. 子网掩码图5.14子网的划分3. 在使用子网时IP数据报的转发图5.15划分子网后数据的转发举例5.3.2构造超网1. 网络前缀2. 最长前缀匹配5.4因特网差错与控制报文协议图5.16 ICMP报文格式与封装1. 类型图5.17 ICMP差错报告报文数据部分的内容2. 代码3. 检验和5.5因特网的路由选择协议图5.18自治系统与内部、外部网关协议5.5.1内部网关协议RIP图5.19路由器R1到目的网络的距离1. 距离向量算法图5.20使用RIP协议时路由表的建立过程2. RIP协议的报文格式图5.21 RIP2的报文格式5.5.2内部网关协议OSPF1. OSPF的基本原理与特点2. 路由器的可达性与链路状态数据库的同步5.5.3外部网关协议5.6 IP多播与因特网组管理协议IGMP 5.6.1 IP多播图5.22多播示意图1. IP多播地址2. 使用以太网进行多播图5.23 D类IP地址与以太网多播地址的映射关系5.6.2因特网组管理协议IGMP图5.24 IGMP报文格式5.6.3隧道技术图5.25隧道技术在多播中的应用5.7下一代的网际协议IPv65.7.1 IPv6数据报的格式图5.26 IPv6数据报的格式1. 基本首部2. 扩展首部图5.27 IPv6的扩展首部3. 分片扩展首部图5.28分片扩展首部的格式图5.29 IPv6数据报分片举例5.7.2 IPv6的地址空间5.7.3从IPv4向IPv6过渡图5.30使用双协议栈实现从IPv4到IPv6的过渡图5.31使用隧道技术进行从IPv4到IPv6的过渡5.8虚拟专用网VPN图5.32用隧道技术实现虚拟专用网习题5.1网络互连有何实际意义？进行网络互连时，有哪些共同的问题需要解决？网络互连有哪些方式？5.2转发器、网桥、路由器和网关有何区别？它们工作在什么层次？5.3为什么转发器不适合连接通信协议不同的网络？在什么情况下适合用网桥作为互连设备？什么情况下适合用路由器作为互连设备？5.4局域网互连中所用的网桥的工作原理和特点是什么？目前采用何种路由选择策略？5.5用一句话概述网际层提供什么样的网络服务？5.6试简单说明IP、ARP、RARP和ICMP等协议的作用。
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5.3 网络互联设备－网桥
网桥用于互联同构网络
(1) 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。
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
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网络互联
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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。
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网络互联
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5.3 网络互联设备－交换机
Capacity with Hub
Total capacity 10 Mbps
10 Mbps 10 Mbps
10 Mbps 10 Mbps A B C D
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网络互联
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5.3 网络互联设备－交换机
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网络互联
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5.3 网络互联设备－网桥
A1 A2 A3 A4 C1 C2 C3
Bridge
Port1
Bridge
Port2
Port1 A1 A2 A3 A4
Port2 B1 B2 B3 B4
Port1 A1 A2 A3 A4
Port2 C1 C2 C3
通过帧中的源 地址还是目标 地址来维护路 由表的？
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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）
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
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网络互联
12
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。
编码与译码，即曼彻斯特编码与译码。
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计算机通过网卡 和局域网进行通信
计算机 高 速 缓 存
CPU
存储器
网络接口卡 （网卡）
至局域网 串行通信 网卡与主板 总线接口
I/O 总线
并行通信
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网络互联
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5.1
1. 网卡
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网络互联
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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（802.3 MAC帧）的交换，遵循IEEE 802.1D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。
5.3 网络互联设备－网桥
（2）源路由选择网桥（source routing bridge）
IEEE 802.5 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 Destination B 每个LAN和网桥都有自己的 Ring 2 Ring 3 Bridge Z 编号
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。
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网络互联
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5.3 网络互联设备－交换机
交换机的分类
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5.3 网络互联设备－交换机
地址查询表
Switch 端口1 端口2 端口3 端口4
地址 A B C
端口 1 2 3
节点A
节点B
节点C
节点D
D
4
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网络互联
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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。
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。
切入式 的转发点 改进型切入式 的转发点 存储转发式 的转发点
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网络互联
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5.3 网络互联设备－交换机
Capacity with Switched Hub
Total capacity N × 10 Mbps
10 Mbps 10 Mbps
10 Mbps 10 Mbps A B C D
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
Bridge
X
Ring
1
Bridge Source
Y
A
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网络互联
5.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。
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
2013年10月31日10时30 分 网络互联 16
5.3 网络互联设备－网桥
（1）透明网桥（transparent bridge） 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。
增加用户
IP协议配置
2013年10月31日10时30 分 网络互联 6
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。
网络互联 10
2013年10月31日10时30 分
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
2013年10月31日10时30 分
网络互联
11
5.2
2013年10月31日10时30 分 8
网络互联
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。
2013年10月31日10时30 分 7
网络互联
5.2
网络互联概述－网络互联基本概念