网络互连技术.pptx

本章学习要求：本章学习要求：n了解：了解：网络互连的基本概念网络互连的基本概念 n掌握：网络掌握：网络互连的类型与层次互连的类型与层次 n掌握：典型掌握：典型网络互连设备的工作原理网络互连设备的工作原理 n了解：了解：第三层交换技术与应用第三层交换技术与应用第1页/共49页n消除息孤岛消除息孤岛 n多种网络平台并存多种网络平台并存n有时需要把大的有时需要把大的LAN划分成更小的划分成更小的LANn网络的安全可靠性的需要网络的安全可靠性的需要 6.1 网络互连的基本概念网络互连的基本概念 为什么要互连？为什么要互连？第2页/共49页6.1.1 网络互连的概念网络互连的概念 n网网络络互互连连（Internetworking）是是指指将将分分布布在在不不同同地地理理位位置置的的网网络络、设设备备相相连连接接，以以构构成成更更大大规规模模的的互互连连网网络络系系统统，并并实实现现互互连连网网络络资资源源的的共享；共享；n互连的网络和设备可以是同种类型的网络、不互连的网络和设备可以是同种类型的网络、不同类型的网络，以及运行不同网络协议的设备同类型的网络，以及运行不同网络协议的设备与系统。与系统。第3页/共49页同同构构网网络络：指指互互联联的的两两个个网网络络从从应应用用层层到到逻逻辑辑链链路路控控制制子子层层，相相对对应应的的层层次次采采用用相相同同的的协协议议，而而对对数数据据链链路路层层中中的的MACMAC子子层层和和物物理理层层这这两两层层中中的的对应层次可遵循不同的协议。对应层次可遵循不同的协议。异构网络异构网络：是指不同类型网络，这些网络：是指不同类型网络，这些网络至少从至少从网络层到物理层的协议都不相同网络层到物理层的协议都不相同，甚至从应用层，甚至从应用层到物理层所有各层对应层次的协议都不相同。到物理层所有各层对应层次的协议都不相同。第4页/共49页6.1.2 网络互连的要求网络互连的要求 n不同网络互连要解决以下几个方面问题：不同网络互连要解决以下几个方面问题：n(1)(1)不同的编址方案不同的编址方案n每种网络有不同的端点名字、编址方法与目录保持方案，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。需要提供全局网络编址方法与目录服务。n(2)(2)不同的分段不同的分段(最大分组尺寸最大分组尺寸 )n在互连的网络中，分组从一个网络传送到另一个网络时，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，这称为分段。往往需要分成几部分，这称为分段。n(3)(3)不同的网络访问机制不同的网络访问机制n对于不同的网络，访问控制机制可能是相同的，也可能对于不同的网络，访问控制机制可能是相同的，也可能是不同的。是不同的。第5页/共49页(4)不同的超时不同的超时面面向向连连接接的的传传送送服服务务总总要要等等待待应应答答响响应应，如如超超时时后后仍仍没没有有接接到到响响应应，则则需需要要重重传传。但但在在互互连连的的网网络络中中，数数据据传传送送有有时时需需要要经经过过多多个个网网络络，这这需需要要更更长长的的时时间间，因因此此应应设定合适的超时值，以防止引起不必要的超时重传。设定合适的超时值，以防止引起不必要的超时重传。(5)差错恢复差错恢复各各个个网网络络有有不不同同的的差差错错恢恢复复功功能能，互互联联网网络络的的服服务务既既不不应依赖也不应影响各个网络原来的差错恢复能力。应依赖也不应影响各个网络原来的差错恢复能力。(6)状态报告状态报告不不同同的的网网络络有有不不同同的的状状态态报报告告，互互联联网网络络还还应应提提供供网网络络互连的状态报告信息。互连的状态报告信息。第6页/共49页(7)路由选择技术路由选择技术网网络络内内部部的的路路径径选选择择一一般般依依靠靠各各个个网网络络特特有有的的差差错错检检测测与与拥拥塞塞控控制制技技术术，而而互互联联网网络络应应具具有有在在不不同同网网络络之之间间进进行路由选择的能力。行路由选择的能力。(8)用户访问控制用户访问控制不不同同的的网网络络有有不不同同的的用用户户访访问问控控制制方方法法，用用于于管管理理用用户户对对网网络络的的访访问问权权限限。互互联联网网络络也也需需要要具具有有对对不不同同网网络络的的用户访问权限的控制能力。用户访问权限的控制能力。(9)连接和无连接服务连接和无连接服务不不同同的的网网络络可可能能提提供供面面向向连连接接的的服服务务，或或无无连连接接的的数数据据报报服服务务。互互联联网网络络的的服服务务不不应应该该依依赖赖于于原原来来各各个个网网络络所所提供的服务类型。提供的服务类型。第7页/共49页网络互连的功能网络互连的功能 n基本功能基本功能 基本功能是指网络互连所必需的功能，包括不同基本功能是指网络互连所必需的功能，包括不同网络之间传送数据时的网络之间传送数据时的寻址与路由寻址与路由功能选择等功功能选择等功能；能；n扩展功能扩展功能 扩展功能是指当互连的网络提供不同的服务类型扩展功能是指当互连的网络提供不同的服务类型时所需的功能，包括时所需的功能，包括协议转换协议转换、分组长度变换分组长度变换、分组重新排序分组重新排序及及差错检测差错检测等功能。等功能。第8页/共49页6.2 网络互连的类型与层次网络互连的类型与层次 6.2.1 网络互连的类型网络互连的类型 局域网局域网互连（局域网局域网互连（LAN LAN LAN LAN）局域网广域网互连（局域网广域网互连（LAN LAN WAN WAN）广域网广域网互连（广域网广域网互连（WAN WAN WAN WAN）局域网广域网局域网互连局域网广域网局域网互连（LAN LAN WAN WAN LAN LAN）第9页/共49页LAN LAN LAN LAN桥接器桥接器桥接器桥接器路由器路由器第10页/共49页LAN LAN WAN WANWANWANLANLAN路由器路由器第11页/共49页WAN WAN WAN WANWANWANWANWANWANWANWANWAN路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器路由器第12页/共49页LAN LAN WAN WAN LAN LANWANWANLANLANLANLANLANLAN路由器路由器第13页/共49页6.2.2 网络互连的层次网络互连的层次n互连互连（Interconnection）是指在两个物理网）是指在两个物理网络之间至少有一条在物理上连接的线路，但不络之间至少有一条在物理上连接的线路，但不能保证两个网络一定能进行数据交换，这取决能保证两个网络一定能进行数据交换，这取决于两个网络的通信协议是否相互兼容；于两个网络的通信协议是否相互兼容；n互通互通（Intercommunication）是指两个网络）是指两个网络之间可以交换数据；之间可以交换数据；n互操作互操作（Interoperability）是指网络中不同计）是指网络中不同计算机系统之间具有透明访问对方资源的能力；算机系统之间具有透明访问对方资源的能力；第14页/共49页注意：互连是互连是基础基础互通是互通是手段手段互操作是互操作是目的目的第15页/共49页网络互连的层次网络互连的层次 从协议的层次看，可以把网络互连分成下列层次：从协议的层次看，可以把网络互连分成下列层次：物物理理层层互互连连，使使用用中中继继器器或或转转发发器器（repeaterrepeater）。中中继继器器用用于于同同种种网网络络的的物物理理层层上上，对对接接收收信信号号进进行行再生再生和和发送发送，扩大一个网络的作用范围。，扩大一个网络的作用范围。第16页/共49页中继器主要用于中继器主要用于扩展传输距离扩展传输距离，其功，其功能是对从一条电缆上能是对从一条电缆上接收的信号进行再接收的信号进行再生，并发送生，并发送到另一条电缆上。到另一条电缆上。算不算真正的网络互连？算不算真正的网络互连？第17页/共49页中继器只是网网络络段段的的互互联联设设备备而而非非网网络的互联设备络的互联设备。中继器也能能把把不不同同传传输输媒媒体体的的网网络络连在一起。连在一起。第18页/共49页中继器实物中继器实物第19页/共49页n数数据据链链路路层层互互连连，使使用用网网桥桥或或桥桥接接器器（bridgebridge）,在在数数据据链链路路层层对对帧帧信信息息进进行行存储转发。存储转发。第20页/共49页网络层互连，网络层互连，使用使用路由器路由器（routerrouter），在网络层），在网络层存储转发分组。存储转发分组。比网络层高的层次互连比网络层高的层次互连，使用，使用网关网关（gatewaygateway），），又称网间连接器、信关或联网机。由于对运输层又称网间连接器、信关或联网机。由于对运输层及运输层以上的协议进行转换，所以网关实际上及运输层以上的协议进行转换，所以网关实际上是一个协议转换器。它可以是双向的，也可以是是一个协议转换器。它可以是双向的，也可以是多向的。网关是中继系统中最复杂的一种。多向的。网关是中继系统中最复杂的一种。第21页/共49页6.3 典型网络互连设备的工作原理典型网络互连设备的工作原理 6.3.1 网桥网桥 网桥的应用环境网桥的应用环境：n一个单位的多个部门局域网的互连；一个单位的多个部门局域网的互连；n办公楼之间局域网的互连；办公楼之间局域网的互连；n将数千台计算机按地理位置或组织关系划分为将数千台计算机按地理位置或组织关系划分为多个子网的互连；多个子网的互连；n超过单个局域网的最大覆盖范围的多个局域网超过单个局域网的最大覆盖范围的多个局域网互连；互连；n企业中部门的信息对安全、保密方面要求不同企业中部门的信息对安全、保密方面要求不同的局域网互连。的局域网互连。第22页/共49页网桥的基本特征网桥的基本特征 n网桥在数据链路层上实现局域网互连；网桥在数据链路层上实现局域网互连；n网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络；不同传输介质与不同传输速率的网络；n网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连的网络之间的通信；现互连的网络之间的通信；n网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议；同的协议；n网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互连网络的性能与安全性。利于改善互连网络的性能与安全性。第23页/共49页注意：注意：网网 桥桥 可可 以以 用用 于于 互互 联联 符符 合合IEEE802IEEE802标标准准的的，诸诸如如CSMACSMACDCD总总线网、令牌环网或令牌总线网线网、令牌环网或令牌总线网。第24页/共49页 网桥的作用并不仅仅能分隔网络，网桥的作用并不仅仅能分隔网络，更能改善网络整体性能！更能改善网络整体性能！注意：注意：第25页/共49页提示：n当一个网络由于负载很重而性能下降时，可以用网桥把它分成两个小局域网，这样可使整个互联网的性能变好。为什么？为什么？小局域网内的通信量总是高于网间的通信量。小局域网内的通信量总是高于网间的通信量。第26页/共49页网桥的分类网桥的分类 n透明网桥透明网桥 （Transparent Bridge）透明网桥由各网桥自己来决定路由选择，局域网上的透明网桥由各网桥自己来决定路由选择，局域网上的各结点不负责路由选择；各结点不负责路由选择；n源路径源路径 (源路选）网桥源路选）网桥 （Source Routing Bridge）源路径网桥由发送帧的源结点负责路由选择。源路径网桥由发送帧的源结点负责路由选择。即网桥即网桥假定了每个结点在发送帧时都已经清楚地知道发往各假定了每个结点在发送帧时都已经清楚地知道发往各个目的结点的路由，源结点在发送帧时需要将详细的个目的结点的路由，源结点在发送帧时需要将详细的路由信息放在帧的首部路由信息放在帧的首部。思考：源站如何选择路由？思考：源站如何选择路由？第27页/共49页网桥与广播风暴网桥与广播风暴 第28页/共49页6.3.2 路由器路由器 n路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备；路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备；n局域网的数据链路层与物理层可以是不同的，局域网的数据链路层与物理层可以是不同的，但数据链路层以上的高层要采用相同的协议；但数据链路层以上的高层要采用相同的协议；n路由器可以有效地隔离多个局域网的广播通信路由器可以有效地隔离多个局域网的广播通信量，每一个局域网都是独立的子网。量，每一个局域网都是独立的子网。第29页/共49页路由器实物路由器实物第30页/共49页路由器的工作原理路由器的工作原理 第31页/共49页多协议路由器的工作原理多协议路由器的工作原理 第32页/共49页典型的路由器产品典型的路由器产品 nCisco公司的Cisco系列路由器n3Com公司的Office Connect NetBuilder系列nNortel公司的Accelar系列nIntel公司的Express Router系列n华为公司的Quidway系列 第33页/共49页典典型型企企业业网网结结构构第34页/共49页6.3.3 网关网关 第35页/共49页网关的基本类型网关的基本类型 n网关通过使用适当的硬件与软件实现不网关通过使用适当的硬件与软件实现不同网络协议之间的转换功能；同网络协议之间的转换功能；n硬件提供不同网络的接口，软件实现不硬件提供不同网络的接口，软件实现不同互连网协议之间的转换。同互连网协议之间的转换。第36页/共49页网关实现协议转换的方法网关实现协议转换的方法 n网关直接将输入网络的信息包的格式转网关直接将输入网络的信息包的格式转换成输出网络信息包的格式；换成输出网络信息包的格式；第37页/共49页网关要进行网关要进行n(n-1)种协议转换！种协议转换！N越大，协议转换增加越快！越大，协议转换增加越快！如何简化？如何简化？第38页/共49页n通过互联网进行网络互联通过互联网进行网络互联n(n-1)？第39页/共49页6.4 第三层交换技术与应用第三层交换技术与应用 6.4.1 第三层交换产生的背景第三层交换产生的背景 n增加网络带宽与提高网络服务质量的解决途径增加网络带宽与提高网络服务质量的解决途径可以有两个：一是采用光纤作为传输介质，增可以有两个：一是采用光纤作为传输介质，增加传输通道的带宽；二是研究出性能更优越的加传输通道的带宽；二是研究出性能更优越的路由器产品，提高网络数据交换能力路由器产品，提高网络数据交换能力;n高性能的网络路由器设备是网络硬件制造商重高性能的网络路由器设备是网络硬件制造商重点研究的问题之一点研究的问题之一;n将交换机制引入路由器的设计中，大幅度缩短将交换机制引入路由器的设计中，大幅度缩短路由器对数据包的处理时间，提高网络数据交路由器对数据包的处理时间，提高网络数据交换能力，由此产生了第三层交换的概念。换能力，由此产生了第三层交换的概念。第40页/共49页6.4.2 网桥、交换机与第二层交换网桥、交换机与第二层交换 n局域网交换机与传统的集线器相比较，局域网交换机与传统的集线器相比较，具有具有低数据传输延迟低数据传输延迟、高传输带宽高传输带宽的明的明显优点；显优点；n网桥的数据帧转发功能是通过软件来实网桥的数据帧转发功能是通过软件来实现的，而现的，而局域网交换机的数据帧转发功局域网交换机的数据帧转发功能是通过硬件来实现能是通过硬件来实现的；的；第41页/共49页n局域网交换机可以起到网桥的作用，同局域网交换机可以起到网桥的作用，同时又具有低交换传输延迟、高传输带宽时又具有低交换传输延迟、高传输带宽的优点；的优点；n通过硬件结构，使得局域网交换机的数通过硬件结构，使得局域网交换机的数据帧处理的延迟时间由网桥的几百个据帧处理的延迟时间由网桥的几百个s减少到几十减少到几十s。第42页/共49页6.4.3 第三层交换技术与产品第三层交换技术与产品 第三层交换技术：第三层交换技术：n将局域网交换机的设计思想应用在路由将局域网交换机的设计思想应用在路由器的设计中，就出现了第三层交换的概器的设计中，就出现了第三层交换的概念念；n通过硬件来实现第三层交换的路由器，通过硬件来实现第三层交换的路由器，在网络层协议类型上受到一定的限制。在网络层协议类型上受到一定的限制。第43页/共49页n传统的路由器通过软件来实现路由选择功传统的路由器通过软件来实现路由选择功能，而第三层交换的路由器通过专用集成能，而第三层交换的路由器通过专用集成电路芯片来实现路由选择功能，将数据包电路芯片来实现路由选择功能，将数据包处理时间从传统路由器的几千处理时间从传统路由器的几千s减少到几减少到几十十s，大大缩短数据包在交换设备中的传，大大缩短数据包在交换设备中的传输延迟时间；输延迟时间；典型的第三层交换产品典型的第三层交换产品 nCabletron公司的Smart Switch系列路由器 nFoundry公司的Big Iron系列与SererIron系列交换机nPacketEngines公司的PowerRail系列交换式路由器nCisco公司的4000系列、5000系列、6000系列与8000系列交换式路由器 小结小结 n网网络络互互连连是是将将分分布布在在不不同同地地理理位位置置的的网网络络连连接接起起来来，以以构构成成更更大大规规模模的的互互连连网网络络系系统统，实实现现更大范围内互连网络资源的共享；更大范围内互连网络资源的共享；n网网络络互互连连类类型型主主要要有有：局局域域网网-局局域域网网互互连连、局局域域网网-广广域域网网互互连连、局局域域网网-广广域域网网-局局域域网网互连，以及广域网互连，以及广域网-广域网互连；广域网互连；n根根据据网网络络层层次次的的结结构构模模型型，网网络络互互连连的的层层次次可可以以分分为为：在在数数据据链链路路层层实实现现互互连连、在在网网络络层层实实现互连，以及在传输层及以上的各层实现互连；现互连，以及在传输层及以上的各层实现互连；n基本的互连的设备有网桥、路由器与网关；基本的互连的设备有网桥、路由器与网关；n网桥是在数据链路层上实现网络互连的设备，网桥是在数据链路层上实现网络互连的设备，它能够互连两个采用不同数据链路层协议、不它能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络；同传输介质与不同传输速率的网络；n路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备。路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备。在一个大型互连网中，经常用多个路由器将多在一个大型互连网中，经常用多个路由器将多个局域网与局域网、局域网与广域网互连。路个局域网与局域网、局域网与广域网互连。路由器能够为不同子网的计算机之间的数据交换由器能够为不同子网的计算机之间的数据交换选择适当的传输路径；选择适当的传输路径；n网关是在传输层及以上高层上实现多个网络互网关是在传输层及以上高层上实现多个网络互连的设备，网关可以实现不同网络协议之间的连的设备，网关可以实现不同网络协议之间的转换功能；转换功能；n第三层交换是指在网络层通过硬件来实现路由第三层交换是指在网络层通过硬件来实现路由选择功能。选择功能。思考练习思考练习n1.网络互连的类型有哪些？n2.网络互连层次及各层次的主要互连设备是什么？n3.网桥的分类有哪几种？