第六章 网络互连技术

1. 局域网—局域网互连（LAN—LAN）
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—局域网互连示意图
局域网—局域网互连一般又可分为同种局域网互连（比如 两个以太网间的互连）和异种局域网互连（比如一个以太网 和一个令牌环网的互连）两种。
2. 局域网—广域网互连（LAN—WAN）

远程网桥
主要用来连接两个远距离的网络或不同区域内的局域网段，以形 成单个大型的网络，一般都需要使用公用电话网。
（2）根据网桥是运行在服务器上还是作为服务器外的一个单 独物理设备，将网桥分为内桥和外桥

内桥
内桥安装在文件服务器中，实际上就是插入的多块网卡，每个网 卡与一子网相连，由网络操作系统管理。内桥的优点是安装方便， 组网灵活，但使用时网桥软件会占用文件服务器的资源，从而导致 服务器性能下降。
中继器在数据信号传输过程当中只起到一个放大电信号、延伸传输
介质、将一个网络的范围扩大的作用，它并不具备检错和纠错的功能。
中继器既可用于连接相同传输介质的局域网（如细缆以太网之间的连
接），也可用于连接不同传输介质的局域网（如细缆以太网与双绞线以 太网之间的连接）。
2. 集线器（HUB）
HUB的使用起源于90年代初双绞线以太网标准的应用。 HUB除了能
个专用设备，也可以用计算机作为硬件平台，由软件实现其功能。网 关一般用于不同类型、不同协议、差别较大的网络系统之间的互连， 如图6-7所示。
图6-7 网关工作示意图
网关不仅具有路由器的功能，而且其主要功能是实现异种网之间传输
层以上的协议转换，它相当于语言交流中的翻译。网关的协议转换总是 针对某种特殊的应用协议或者有限的特殊应用，如电子邮件、文件传输 和远程登录等。
图6-3 局域网—广域网—局域网互连示意图
4．广域网—广域网互连（WAN—WAN）
广域网与广域网之间的互连可以通过路由器和网关来实现，如图 6-4所示。
图6-4 广域网—广域网互连示意图
6.2.2 网络互连的层次
物理层互连
物理层互连的设备是中继器。中继器在物理层互连中起到的作用是 将一个网段传输的数据信号进行放大和整形，然后发送到另一个网段 上，克服信号经过长距离传输后引起的衰减。
高层互连
实现高层互连的设备是网关。高层互连是指传输层以上各层协议不 同的网络之间的互连，高层互连所使用的网关大多是应用层网关，或 称为应用程序网关（Application Gateway）。
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6.3 典型网络互连设备
网络互连的目的是为了实现网络间的通信和更大范围的资源共享。 但是不同的网络所使用的通信协议往往也不相同，因此网络间的通信 必须要依靠一个中间设备来进行协议转换，这种转换既可以由软件来 实现，也可以由硬件来实现。但是由于软件的转换速度较慢，因此， 往往都使用硬件来完成不同协议间的转换，这种设备就叫网络互连设 备。常用的网络互连设备有中继器、网桥、路由器和网关等。
局域网—广域网互连也是常见的网络互连方式之一，如图 6-2所示。 局域网—广域网互连一般可以通过路由器（Router）或网关 （Gateway）来实现。
图6-2 局域网—广域网互连示意图
3. 局域网—广域网—局域网互连（LAN—WAN—LAN）
局域网—广域网—局域网互连可以通过路由器和网关来实现，如 图6-3所示。
6.4.1 路由信息协议（RIP）
RIP是最简单的路由协议，它采用距离向量算法来选择路由。RIP 收集所有可到达目的地的不同路径，并且保存有关到达每个目的地 的最少站点数的路径信息，除到达目的地的最佳路径外，其余信息 均予以丢弃。同时路由器也把所收集的路由信息用RIP协议通知相邻 的其它路由器。

源路由网桥
源路由网桥要求网络各结点都参与路由选择，详细的路由信息放在数 据帧的首部，这样网络上的每个结点在发送数据帧时，都已经清楚地知 道发往各个目的结点的路由了。理论上，源路由网桥能够选择最佳的数 据传输路径。
6.3.3 网关（Gateway）
网关主要有以下一些功能和特点：
网关工作在OSI参考模型的高层，即传输层到应用层，它既可是一

外桥
外桥是通过工作站内的专用硬件和固化软件来实现网络间的互连。 其优点是数据包的转发全由硬件来完成，速度比内桥快，并且也不会 影响文件服务器的性能，但是外桥需要增加额外的投资。
（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
透明网桥网络主机完全是透明的。其优点是易于安装，在使用时不 用做任何配置，桥就能正常工作。它能连接不同类型的以太网，但是 路由选择由各网桥自身来决定，网络上的各结点不负责路由选择，因 而不能获得最佳的数据传输路径。
2. 网络互连的优点
扩大资源共享的范围
将多个计算机网络互连起来就构成了一个更大的网络——Internet。 在Internet上的用户只要遵循相同的协议，就能相互通信，并且Internet 上的资源也可以被更多的用户所共享

提高网络的性能
总线型网络随着用户数的增多，冲突的概率和数据发送延迟会显著 增大，网络性能也会随之降低。但如果采用子网自治以及子网互连的 方法就可以缩小冲突域，有效提高网络性能。
每个路由器中都保存着一张路由表，路由表中保存着子网的标志信
息、网上路由器的个数以及下一个路由器的地址等内容，供路由选择 时使用。路由表一般可分为静态路由表和动态路由表两种。
路由器除了完成路由选择外，还要完成对数据包的转发。当一个路
由器收到一个数据包后，它将根据数据包中的目的 IP地址查找路由表， 并将此数据包送往对应端口。依次重复，直至数据包到达目的地。
数据链路层互连
数据链路层互连的设备是网桥。网桥一般用于互连两个或多个同一 类型的局域网，其作用是对数据进行存储和转发，并且能够根据 MAC地址对数据进行过滤，以实现多个网络系统之间的数据交换。
网是解决路由选择、拥 塞控制、差错处理与分段技术等问题。
够进行信号的转发之外，它还克服了总线型网络的局限， 大大增强了 网络的可靠性和可扩充性，因而得到了迅速的普及。
HUB是一种多端口的特殊中继器，主要用于连接双绞线介质或光纤
介质以太网系统，是组成l0Base-T、100Base-T以太网的核心设备。
HUB可分为：无源HUB、有源HUB和智能HUB
RIP协议的优点是简单、可靠，便于配置。但它只适用于小型的同 构网络，并且该协议容易造成网络广播风暴。 具体过程请翻到书 P112页
6.4.2 开放式最短路径优先协议（OSPF）
OSPF是一种基于链路状态的路由协议，它需要每个路由器向其同 一管理域的所有其它路由器发送链路状态广播信息，包括所有接口信 息、量度和其它一些变量等。然后再根据一定的路由选择算法计算出 到达每个站点的最短路径。 OSPF有两种路由选择方式：区内路由选择和区间路由选择。这两 种路由选择方式有效地减少了网络开销，并增强了网络的稳定性并 给网络的管理、维护带来了方便。
6.3.1 中继器（Repeater）
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OSI参考模型的最低层——物
理层，常用于两个网络结点之间物理信号的双向转发工作。如图 6-5所示。 严格地说，中继器只是网段连接设备而不是网络互连设备，它只能用来 连接具有相同物理层协议的局域网。
图6-5 中继器工作示意图

降低连网的成本
当同一地区的多台主机希望接入另一地区的某个网络时，一般都采 用主机先行联网（构成局域网），再通过网络互连技术和其它网络连 接的方法，这样可以大大降低连网成本。

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，在网络互连设备上严格 控制其它用户对该网的访问，从而可以实现提高网络的安全机制。
如果两个网络的网络层协议相同，则主要是解决路由选择问题；如果 协议不同，则主要是解决协议转换。一般说来，异种网络互连与多个 子网互连都是采用路由器来完成的。如图6-8所示：
图6-8 路由器工作示意图
路由器的主要功能是：为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传
输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。选择最佳路径的策略， 即路由算法是路由器的关键。
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
路由器的配置
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
网络互连是指将分布在不同地理位置、使用不同数据链路层协议的 单个网络通过网络互连设备进行连接，使之成为一个更大规模的互连 网络系统，以实现更大范围的数据通信和资源共享。
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6.4 路由协议
路由器为了判定到达目的地的最佳路径，主要依靠路由选择算法来 实现。路由协议实际上是指实现路由选择算法的协议，常见的路由协 议有路由信息协议（Routing Information Protocol，RIP）、开
放式最短路径优先协议（Open Shortest Path First，OSPF）和 边界网关协议（Border Gateway Protocol，BGP）等。
不同子网的用户接入限制以及通过互连设备对网络的流量控制等 问题。
尽量避免为提高网络之间的传输性能而影响各个子网内部的传输功
能和传输性能。
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6.2 网络互连的类型和层次
6.2.1 网络互连的类型
目前，计算机网络可以分为局域网、城域网与广域网3种。因此， 网络互连的类型主要有以下几种。
备。它将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成一个单个的逻辑 局域网络，如图6-6所示。
图6-6 网桥工作示意图