计算机网络技术-第7章_网络互联设备要点
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7.2.2 物理层互联设备
物理层是指OSI参考模型的最低层，物理层设备 有中继器、集线器、无线AP等。工作在物理层的设 备由于性能限制，无法分辨出传输信号中的数据信 息，其任务就是为和它互相连接的设备，提供一个 传输数据的物理连接，数据流在物理信道上是以信 号的方式进行传输的。
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7.2.2 物理层互联设备
④ 使用中继器扩展网段和网络距离时，其数目有所限 制。
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7.2.2 物理层互联设备 集线器
集线器(Hub)是局域网中重要的部件之一，其实质是一个 多端口的中继器。中继器通常带有两个端口,用于连接一对同 轴电缆，而随着双绞线以太网的出现,中继器被做成具有多个 端口的装置，用在星型布线系统中,并称其为集线器。集线器 在网络中的连接如下图所示。 HUB1
中继器
中继器（RP repeater）是连接网络线路的一种装置，常 用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是 最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两 个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和 放大功能，以此来延长网络的长度。 中继器的功能是在物理层内实现透明的二进制比特复制 、补偿信号衰减。也就是说，中继器接收从一个网段传来的 所有信号，放大后发送到另一个网段。由于存在损耗，在线 路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成 信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问 题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放 大，保持与原数据相同。一般情况下，中继器两端连接相同 的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。
12
PC 路由器
பைடு நூலகம்
LAN PC PC
路由器
7.1.3 网络互联解决方案
使一个网络上的用户能访问其他网络的资源，网 络互联的主要目的是使不同网络上的用户能互相通信 ，其中最主要的内容是网络扩展。进行网络扩展的主 要原因有以下几点： ① 扩展覆盖范围，由于局域网受到传输介质、通信设 备等限制，其通信距离总是有一定限制的，通过网 络互联，可扩展其通信距离。 ② 形成更大的网络，一个计算机网络所能连接的计算 机数量总是有限的，通过网络互联，能增加连网络 的计算机的数量，扩大网络规模。 ③ 提高网络性能，随着网络的广泛应用，人们要求更 快的传输速度、更短的响应时间和更多的业务服务 ，通过网络互联，可以大大提高网络的整体功能。
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7.1.2 网络互联类型 按照地理覆盖范围对网络进行分类，网络互联主 要有以下4种类型：
① 局域网与局域网互连（LAN-LAN），例如以太网与 令牌环之间的互连。 ② 局域网与广域网互连（LAN-WAN），例如使用公用 电话网、分组交换网、DDN、ISDN、帧中继等连接 远程局域网。 ③ 广域网与广域网互连（WAN-WAN），例如专用广域 网与公用广域网的互连。 ④ 局域网与广域网再连接局域网（LAN-WAN- LAN） ，例如以太网通过DDN与令牌环之间的互连。
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问题 原由
教学 重点
能力 要求
本章目录
§7.1 网络互联概述 §7.2 网络互联设备
2
知识结构
网络互联概念 网络互联 概述 网络互联类型 网络互联解决方案
网 络 互 联 设 备
网络互联的层次 物理层互联设备
网络互联 设备
数据链路层互联设备 网络层互联设备 应用层互联设备
3
§7.1 网络互联概述
网关（高层）
路由器（网络层）
网桥、交换机（链路层） 中继器、集线器（物理层） 网络1 子络1 LAN1 网段1
网段2
LAN2
子络2 网络2
互联设备的层次关系
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7.2.1 网络互联的层次
将网络互相连接起来要使用一些中间设备，ISO 的术语称之为中继（relay）系统。中继系统在网间 进行协议和功能转换，具有很强的层次性。 根据中继系统所在的层次，可以有以下五种中继 系统： ① 物理层中继系统，即转发器或中继器(repeater)； ② 数据链路层中继系统，即网桥(bridge)和交换机（ switch)； ③ 网络层中继系统，即路由器(router)和三层交换机（ switch）； ④ 网络层以上的中继系统（应用层），即网关 (gateway)。
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7.1.1 网络互联概念
2、“互连”、“互通”、和“互操作”三个术语 “互连”指在两个物理网络之间至少有一条物理链路 ，它为两个网络的数据交换提供了物质基础和可能性， 但并不能保证两个网络一定能够进行数据交换，这了取 决于两个网络的通信协议是否相互兼容。 “互通”指两个网络之间可以交换数据，它仅仅涉及 通信的两个网络之间的端端连接与数据交换，为互操作 提供条件。 “互操作“指两个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，一般由高层软件来实现。 因此，互连、互通、互操作表示了三层含义，互联 是基础，互通是手段，互操作才是网络互联的目的。
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7.2.2 物理层互联设备
4、中继器的应用特点：
（1）中继器的主要优点 中继器安装简单、可以轻易地扩展网络的长度，使用方 便、价格相对低廉。另外，中继器工作在物理层，因此它 要求所连接的网段在物理层以上使用相同或兼容协议。 （2）中继器的主要缺点
① 中继器用于局域网之间有条件的连接。
② 中继器不能提供所连接网段之间的隔离功能。 ③ 中继器不能抑制广播风暴。
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7.1.1 网络互联概念 1、网络互连与网络互联
互连（Interconnection）：是指网络在物理上的连 接，两个网络之间至少有一条在物理上连接的线路，它 为两个网络的数据交换提供了物资基础和可能性，但并 不能保证两个网络一定能够进行数据交换，这要取决于 两个网络的通信协议是不是相互兼容。 互联（internetworking）：网络互联是指网络在 物理和逻辑上，尤其是逻辑上的连接。 网络互联是指将两个或两个以上的计算机网络通过 一定的方法，用一种或多种网络通信设备互联起来，从 而构成更大的网络系统，实现网络间更广泛的资源共享 ，并通过通信达到不同网络上的用户可以进行信息和数 据的交换。
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7.1.3 网络互联解决方案
1、面向连接的解决方案 面向连接的解决方案要求两个节点在通信时建立一 条逻辑通道，所有的信息单元沿着这条逻辑通道传输。 路由器将一个网络中的逻辑通道连接到另一个网络中的 逻辑通道，最终形成一条从源节点至目的节点的完整通 道。 2、面向非连接的解决方案 与面向连接的互联网解决方案不同，面向非连接的 解决方案并不需要建立逻辑通道。网络中的信息单元被 独立对待，这些信息单元经过一系列的网络和路由器， 最终到达目的节点 。
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PC
PC LAN1
互连设备 LAN2
PC LAN-LAN互联结构图
PC
7.1.2 网络互联类型
2、LAN-WAN互联 LAN-WAN互联可以使不同单位或机构的LAN连入范围更大 的网络体系中。其连接如右图所示。 3、WAN-WAN互联 WAN与WAN互联一般在政府 的电信部门或国际组织间进行 将不同地区的网络互联，以构 成更大规模的网络。WAN-WAN 的互联主要使用路由器或网关 来实现。其连接如下图所示。
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7.2.2 物理层互联设备
中继器是工作在OSI参考模型物理层上的一种最简单的局 域网设备，用来实现网络物理层网段之间的互联。 1、中继器的主要功能 中继器的功能就是将因传输而衰减和畸变的信号进行放 大、整形和转发，以延长信号的传输距离。但是，中继器并 非能够无限制地扩展网络长度，使用时首先应注意以太网的 5-4-3中继规则。 2、中继器的工作原理 中继器的结构非常简单, 没有软件,只是物理层的信号增 强，以便传输到另一个网段，而各网络段属于同一网络,各网 段上的工作站可以共享某一网段上的文件服务器。
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7.2.2 物理层互联设备
中继器的工作原理如下图所示。如果发送结点与接收结 点之间的距离超过500m，就不能正确接收数据信号。
中继器工作原理示意图
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7.2.2 物理层互联设备
3、中继器的基本类型 ⑴ 粗缆中继器：用来实现两粗缆网段互联，每段最长距 离为500m。 ⑵ 细缆中继器：用来实现两细缆网段互联，每段最长距 离为185m。 ⑶ 双绞线中继器：用来实现两双绞线网段互联，每段最 长距离为100m，共享式集线器HUB实际上就是一个多端口的双 绞线中继器。 ⑷ 光纤中继器：用来实现两光纤网段互联，若用4个光 纤中继器时，每光纤段最长距离为500m；若用3个光纤中继器 时，每光纤段最长距离为1000m。
HUB2
Server system1 system2 system3
集线器在网络中的连接
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system4 system5 system6
7.2.2 物理层互联设备
1、集线器的主要功能 在使用10Base-T的以太网协议组网时，集线器的作用 就显得十分重要，它主要有以下5个方面的功能。
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7.1.1 网络互联概念 要实现网络互联，需要满足的基本条件是：
① 在需要连接的网络之间提供至少一条物理链路，并对 这条链路具有相应的控制规 程，使之能建立数据 交换的连接。 ② 在不同网络之间具有合适的路由，以便能相互通信以 交换数据。 ③ 可以对网络的使用情况进行监视和统计，以方便网络 的维护和管理。
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7.1.2 网络互联类型
1、LAN-LAN互联 在LAN-LAN互联中，根据LAN的传输性质和通信协议不同， 又分为同构网互联和异构网互联两种形式。 ⑴ 同构网互联：指具有相同传输性质和相同通信协议的 局域网互联。
⑵ 异构网互联：指两种完全 不同传输性质和不同通信协议的 局域网互联。 目前，不同类型的网络之间 的互联大多是异构网互联。异构 网的互联较复杂些，常用连接设 备有网桥或路由器, 如右图所示。
4
7.1.1 网络互联概念
计算机网络往往由许多种不同类型的网络互相 连接而成。如果几个计算机网络只是在物理上连接 在一起，它们之间并不能进行通信，那么这种“互 连”并没有什么实际意义。因此通常在谈到“互联 ”时，就已经暗示这些相互连接的计算机是可以进 行通信的，也就是说，从功能上和逻辑上看，这些 计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络，或 称为互联网络，也可简称为互联网、互连网。
WAN
WAN 路由器
LAN
PC PC LAN-WAN互联结构图
PC
路由器
WAN
WAN-WAN互联结构图
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7.1.2 网络互联类型
4、LAN-WAN-LAN互联 如果两个局域网的地理位置相隔很远，可以通过广域网 实现两个局域网的互联。其连接如下图所示。
PC
LAN 路由器 WAN LAN PC PC LAN-WAN-LAN互联结构图
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§7.2 网络互联设备
按照连接网络的不同，网络互联设备分为中继器、 集线器、网桥、交换机、路由器和网关等。用户在 构建网络系统和连接不同的网络时，正确地选择互 联设备尤为重要。
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7.2.1 网络互联的层次
网络互联不仅要把多个网络用物理线路连接起来，并且 使用户无法察觉不同网络之间的差异。各种网络协议的功能 不同，分属于不同的层次。网络互联主要是将不同网段、网 络或子网之间通过网络互联设备连接起来。网络各互联层与 相应设备的对应关系如下图所示。
第7章 网络互联设备
网络互联是为了将两个或者两个以上具有独立自治 能力、同构或异构的计算机网络连接起来，以形成 能够实现数据流通，扩大资源共享范围，或者容纳 更多用户的更加庞大的网络系统。 本章重点讨论网络互联设备、概念、类型、解决方 案、层次、物理层互联设备、数据链路层互联设备 、网络层互联设备、应用层互联设备等。 了解：了解网络互联的概念。 熟悉：网络互联设备的工作原理。 掌握：互联设备的工作层次、功能及应用。
LAN的迅速增长，把越来越多的彼此独立的个 人计算机带入了网络环境，从而达到了共享资源和 交换信息的目的。然而，由于LAN本身的连接距离 限制（一般在几公里之内）和用户针对不同的应用 选择LAN的类型不一样，所以不同企业甚至是同一 个企业的不同部门之间形成了多个LAN孤岛。如何 把这些LAN互连起来，像使用电话系统那样方便地 使用计算机网络，是网络互联要解决的问题。 网络互联是为了将两个或者两个以上具有独立 自治能力、同构或异构的计算机网络连接起来，以 形成能够实现数据流通，扩大资源共享范围，或者 容纳更多用户的更加庞大的网络系统。
7.2.2 物理层互联设备
物理层是指OSI参考模型的最低层，物理层设备 有中继器、集线器、无线AP等。工作在物理层的设 备由于性能限制，无法分辨出传输信号中的数据信 息，其任务就是为和它互相连接的设备，提供一个 传输数据的物理连接，数据流在物理信道上是以信 号的方式进行传输的。
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7.2.2 物理层互联设备
④ 使用中继器扩展网段和网络距离时，其数目有所限 制。
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7.2.2 物理层互联设备 集线器
集线器(Hub)是局域网中重要的部件之一，其实质是一个 多端口的中继器。中继器通常带有两个端口,用于连接一对同 轴电缆，而随着双绞线以太网的出现,中继器被做成具有多个 端口的装置，用在星型布线系统中,并称其为集线器。集线器 在网络中的连接如下图所示。 HUB1
中继器
中继器（RP repeater）是连接网络线路的一种装置，常 用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是 最简单的网络互联设备，主要完成物理层的功能，负责在两 个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和 放大功能，以此来延长网络的长度。 中继器的功能是在物理层内实现透明的二进制比特复制 、补偿信号衰减。也就是说，中继器接收从一个网段传来的 所有信号，放大后发送到另一个网段。由于存在损耗，在线 路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成 信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问 题而设计的。它完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放 大，保持与原数据相同。一般情况下，中继器两端连接相同 的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。
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PC 路由器
பைடு நூலகம்
LAN PC PC
路由器
7.1.3 网络互联解决方案
使一个网络上的用户能访问其他网络的资源，网 络互联的主要目的是使不同网络上的用户能互相通信 ，其中最主要的内容是网络扩展。进行网络扩展的主 要原因有以下几点： ① 扩展覆盖范围，由于局域网受到传输介质、通信设 备等限制，其通信距离总是有一定限制的，通过网 络互联，可扩展其通信距离。 ② 形成更大的网络，一个计算机网络所能连接的计算 机数量总是有限的，通过网络互联，能增加连网络 的计算机的数量，扩大网络规模。 ③ 提高网络性能，随着网络的广泛应用，人们要求更 快的传输速度、更短的响应时间和更多的业务服务 ，通过网络互联，可以大大提高网络的整体功能。
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7.1.2 网络互联类型 按照地理覆盖范围对网络进行分类，网络互联主 要有以下4种类型：
① 局域网与局域网互连（LAN-LAN），例如以太网与 令牌环之间的互连。 ② 局域网与广域网互连（LAN-WAN），例如使用公用 电话网、分组交换网、DDN、ISDN、帧中继等连接 远程局域网。 ③ 广域网与广域网互连（WAN-WAN），例如专用广域 网与公用广域网的互连。 ④ 局域网与广域网再连接局域网（LAN-WAN- LAN） ，例如以太网通过DDN与令牌环之间的互连。
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问题 原由
教学 重点
能力 要求
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§7.1 网络互联概述 §7.2 网络互联设备
2
知识结构
网络互联概念 网络互联 概述 网络互联类型 网络互联解决方案
网 络 互 联 设 备
网络互联的层次 物理层互联设备
网络互联 设备
数据链路层互联设备 网络层互联设备 应用层互联设备
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§7.1 网络互联概述
网关（高层）
路由器（网络层）
网桥、交换机（链路层） 中继器、集线器（物理层） 网络1 子络1 LAN1 网段1
网段2
LAN2
子络2 网络2
互联设备的层次关系
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7.2.1 网络互联的层次
将网络互相连接起来要使用一些中间设备，ISO 的术语称之为中继（relay）系统。中继系统在网间 进行协议和功能转换，具有很强的层次性。 根据中继系统所在的层次，可以有以下五种中继 系统： ① 物理层中继系统，即转发器或中继器(repeater)； ② 数据链路层中继系统，即网桥(bridge)和交换机（ switch)； ③ 网络层中继系统，即路由器(router)和三层交换机（ switch）； ④ 网络层以上的中继系统（应用层），即网关 (gateway)。
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7.1.1 网络互联概念
2、“互连”、“互通”、和“互操作”三个术语 “互连”指在两个物理网络之间至少有一条物理链路 ，它为两个网络的数据交换提供了物质基础和可能性， 但并不能保证两个网络一定能够进行数据交换，这了取 决于两个网络的通信协议是否相互兼容。 “互通”指两个网络之间可以交换数据，它仅仅涉及 通信的两个网络之间的端端连接与数据交换，为互操作 提供条件。 “互操作“指两个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，一般由高层软件来实现。 因此，互连、互通、互操作表示了三层含义，互联 是基础，互通是手段，互操作才是网络互联的目的。
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7.2.2 物理层互联设备
4、中继器的应用特点：
（1）中继器的主要优点 中继器安装简单、可以轻易地扩展网络的长度，使用方 便、价格相对低廉。另外，中继器工作在物理层，因此它 要求所连接的网段在物理层以上使用相同或兼容协议。 （2）中继器的主要缺点
① 中继器用于局域网之间有条件的连接。
② 中继器不能提供所连接网段之间的隔离功能。 ③ 中继器不能抑制广播风暴。
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7.1.1 网络互联概念 1、网络互连与网络互联
互连（Interconnection）：是指网络在物理上的连 接，两个网络之间至少有一条在物理上连接的线路，它 为两个网络的数据交换提供了物资基础和可能性，但并 不能保证两个网络一定能够进行数据交换，这要取决于 两个网络的通信协议是不是相互兼容。 互联（internetworking）：网络互联是指网络在 物理和逻辑上，尤其是逻辑上的连接。 网络互联是指将两个或两个以上的计算机网络通过 一定的方法，用一种或多种网络通信设备互联起来，从 而构成更大的网络系统，实现网络间更广泛的资源共享 ，并通过通信达到不同网络上的用户可以进行信息和数 据的交换。
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7.1.3 网络互联解决方案
1、面向连接的解决方案 面向连接的解决方案要求两个节点在通信时建立一 条逻辑通道，所有的信息单元沿着这条逻辑通道传输。 路由器将一个网络中的逻辑通道连接到另一个网络中的 逻辑通道，最终形成一条从源节点至目的节点的完整通 道。 2、面向非连接的解决方案 与面向连接的互联网解决方案不同，面向非连接的 解决方案并不需要建立逻辑通道。网络中的信息单元被 独立对待，这些信息单元经过一系列的网络和路由器， 最终到达目的节点 。
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PC
PC LAN1
互连设备 LAN2
PC LAN-LAN互联结构图
PC
7.1.2 网络互联类型
2、LAN-WAN互联 LAN-WAN互联可以使不同单位或机构的LAN连入范围更大 的网络体系中。其连接如右图所示。 3、WAN-WAN互联 WAN与WAN互联一般在政府 的电信部门或国际组织间进行 将不同地区的网络互联，以构 成更大规模的网络。WAN-WAN 的互联主要使用路由器或网关 来实现。其连接如下图所示。
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7.2.2 物理层互联设备
中继器是工作在OSI参考模型物理层上的一种最简单的局 域网设备，用来实现网络物理层网段之间的互联。 1、中继器的主要功能 中继器的功能就是将因传输而衰减和畸变的信号进行放 大、整形和转发，以延长信号的传输距离。但是，中继器并 非能够无限制地扩展网络长度，使用时首先应注意以太网的 5-4-3中继规则。 2、中继器的工作原理 中继器的结构非常简单, 没有软件,只是物理层的信号增 强，以便传输到另一个网段，而各网络段属于同一网络,各网 段上的工作站可以共享某一网段上的文件服务器。
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7.2.2 物理层互联设备
中继器的工作原理如下图所示。如果发送结点与接收结 点之间的距离超过500m，就不能正确接收数据信号。
中继器工作原理示意图
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7.2.2 物理层互联设备
3、中继器的基本类型 ⑴ 粗缆中继器：用来实现两粗缆网段互联，每段最长距 离为500m。 ⑵ 细缆中继器：用来实现两细缆网段互联，每段最长距 离为185m。 ⑶ 双绞线中继器：用来实现两双绞线网段互联，每段最 长距离为100m，共享式集线器HUB实际上就是一个多端口的双 绞线中继器。 ⑷ 光纤中继器：用来实现两光纤网段互联，若用4个光 纤中继器时，每光纤段最长距离为500m；若用3个光纤中继器 时，每光纤段最长距离为1000m。
HUB2
Server system1 system2 system3
集线器在网络中的连接
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system4 system5 system6
7.2.2 物理层互联设备
1、集线器的主要功能 在使用10Base-T的以太网协议组网时，集线器的作用 就显得十分重要，它主要有以下5个方面的功能。
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7.1.1 网络互联概念 要实现网络互联，需要满足的基本条件是：
① 在需要连接的网络之间提供至少一条物理链路，并对 这条链路具有相应的控制规 程，使之能建立数据 交换的连接。 ② 在不同网络之间具有合适的路由，以便能相互通信以 交换数据。 ③ 可以对网络的使用情况进行监视和统计，以方便网络 的维护和管理。
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7.1.2 网络互联类型
1、LAN-LAN互联 在LAN-LAN互联中，根据LAN的传输性质和通信协议不同， 又分为同构网互联和异构网互联两种形式。 ⑴ 同构网互联：指具有相同传输性质和相同通信协议的 局域网互联。
⑵ 异构网互联：指两种完全 不同传输性质和不同通信协议的 局域网互联。 目前，不同类型的网络之间 的互联大多是异构网互联。异构 网的互联较复杂些，常用连接设 备有网桥或路由器, 如右图所示。
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7.1.1 网络互联概念
计算机网络往往由许多种不同类型的网络互相 连接而成。如果几个计算机网络只是在物理上连接 在一起，它们之间并不能进行通信，那么这种“互 连”并没有什么实际意义。因此通常在谈到“互联 ”时，就已经暗示这些相互连接的计算机是可以进 行通信的，也就是说，从功能上和逻辑上看，这些 计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络，或 称为互联网络，也可简称为互联网、互连网。
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WAN 路由器
LAN
PC PC LAN-WAN互联结构图
PC
路由器
WAN
WAN-WAN互联结构图
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7.1.2 网络互联类型
4、LAN-WAN-LAN互联 如果两个局域网的地理位置相隔很远，可以通过广域网 实现两个局域网的互联。其连接如下图所示。
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LAN 路由器 WAN LAN PC PC LAN-WAN-LAN互联结构图
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§7.2 网络互联设备
按照连接网络的不同，网络互联设备分为中继器、 集线器、网桥、交换机、路由器和网关等。用户在 构建网络系统和连接不同的网络时，正确地选择互 联设备尤为重要。
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7.2.1 网络互联的层次
网络互联不仅要把多个网络用物理线路连接起来，并且 使用户无法察觉不同网络之间的差异。各种网络协议的功能 不同，分属于不同的层次。网络互联主要是将不同网段、网 络或子网之间通过网络互联设备连接起来。网络各互联层与 相应设备的对应关系如下图所示。
第7章 网络互联设备
网络互联是为了将两个或者两个以上具有独立自治 能力、同构或异构的计算机网络连接起来，以形成 能够实现数据流通，扩大资源共享范围，或者容纳 更多用户的更加庞大的网络系统。 本章重点讨论网络互联设备、概念、类型、解决方 案、层次、物理层互联设备、数据链路层互联设备 、网络层互联设备、应用层互联设备等。 了解：了解网络互联的概念。 熟悉：网络互联设备的工作原理。 掌握：互联设备的工作层次、功能及应用。
LAN的迅速增长，把越来越多的彼此独立的个 人计算机带入了网络环境，从而达到了共享资源和 交换信息的目的。然而，由于LAN本身的连接距离 限制（一般在几公里之内）和用户针对不同的应用 选择LAN的类型不一样，所以不同企业甚至是同一 个企业的不同部门之间形成了多个LAN孤岛。如何 把这些LAN互连起来，像使用电话系统那样方便地 使用计算机网络，是网络互联要解决的问题。 网络互联是为了将两个或者两个以上具有独立 自治能力、同构或异构的计算机网络连接起来，以 形成能够实现数据流通，扩大资源共享范围，或者 容纳更多用户的更加庞大的网络系统。