1、7.1 网络互连概述,所谓网络的互连，就是指的两个或两个以上计算机网络互相连接在一起进行数据通信和资源共享。 网络互连比组建网络复杂，因为互连在一起的网络通常包含几种不同类型的网络体系结构。它们也许使用不同的物理拓扑结构，不同的传输介质，不同的网络协议等等。,网络互联主要形式,1、局域网互联2、局域网与广域网3、局域网与城域网另外的分类方式： 同构互联网、异构互联网,互联设备,将网络互相连接起来要使用一些中间设备（或中间系统），ISO的术语称之为中继（replay）系统。根据中继系统所在的层次，可以有以下4种中继系统：（1） 物理层中继系统，即中继器（Repeater）。（2） 数据链路层中继
2、系统，即网桥或桥接器（Bridge）。（3） 网络层中继系统，即路由器（Router）。 (4) 在网络层以上的中继系统，即网关（Gateway）。,7.2 在物理层互连,7.2.1 中继器概述 当需要传输较长的距离时，或者说需要将网络扩展到更大的范围时，就要采用中继器、集线器。,7.2.2 以太网中继器 以太网中继器用于扩展以太网作用范围。 四中继器原则： 在网络上任何两台计算机之间不能安装超过4台中继器，这就是5-4-3-2-1规则。即网络可以被4台中继器分成5个部分，其中允许3个部分有主机，并且主机数目可达该网段规定的最大主机数，2个部分完全是链路，整个是一个大的冲突域。,7.2.3 集
3、线器 集线器的英文名字HUB，为“中心”的意思，即集线器最初的功能是把所有节点集中在以它为中心的节点上，有力地支持了星型拓扑结构，简化了网络的管理。 集线器工作在物理层，但采用CSMA/CD的访问方式。它提高了网络通信的速度；若端口或线路、节点故障也不会影响整个网络； 集线器的实质是中继器。 集线器可以分为被动集线器、主动集线器和智能集线器三类。,7.2.3 集线器,集线器工作在物理层，可分为有源集线器和无源集线器，无源集线器的功能是集中线路。有源集线器本质上是一种中继器，又称为多端口中继器，功能是对信号进行再生并且把它放大到所有的网络连接上。有源集线器多用于以太网中。特点： 共享带宽，同一时
4、间只能有一对port在工作。,7.3 在数据链路层互连,7.3.1 网桥的工作原理 网桥内部存储着一个数据表，称为网桥表。其中记录着各个主机物理地址和网桥的端口的对应关系。当网桥收到一个数据帧，就将它先存放在自己的缓冲区中，若该帧校验出错，则丢弃；否则，取出该帧的目的MAC地址，查网桥表。 若目的MAC地址对应的端口与受到该帧的端口不同，则将该帧发往目的MAC地址对应的端口；否则，仍然将该帧丢弃。这样，只有目的MAC地址和源MAC地址不在同一网段的帧才会被网桥转发，达到了隔离冲突域的目的 。,功能：过滤局域网上的流量，确保本地通信在本地进行。但不能过滤广播包。工作在数据链路层。根据mac地址做
5、出判断，可以维护地址表。,7.3.2 网桥的分类,常见的网桥按照其工作原理不同分为两类：透明网桥和源路由网桥。,7.3.3 以太网交换机,交换机同时具备集线器和网桥的功能，他把来自输入端口的帧交换到输出端口，同时能够为每个端口提供完全的带宽。 交换机的英文名称之为“Switch”，它是集线器的升级换代产品，从外观上来看的话，它与集线器基本上没有多大区别，都是带有多个端口的长方形盒状体。交换机是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。 交换机和集线器在OSIRM开放体系模型中对
6、应的层次就不一样，集线器是同时工作在第一层（物理层）和第二层（数据链路层），而交换机至少是工作在第二层，更高级的交换机可以工作在第三层（网络层）和第四层（传输层）。,7.3.3 以太网交换机,交换机的本质是网桥，所以又称为多端口网桥。和网桥一样，交换机也检查每个MAC帧的目的MAC地址，并和自身内部的交换表相比较，找到与目的网段相连接的端口，然后将该帧发往正确的端口， 因此能分隔冲突域。 交换机也是即插即用设备。 交换机也会面临活动环路问题，靠生成树算法解决。,7.4 网际互连,7.4.1 Internet的网际协议IP IP协议负责将不同网络互连起来，为此需要有全球统一的寻址方式和地址。 I
7、P地址由32位二进制数表示，但为方便通常使用点分十进制方式表示。,IP地址共分五类,IP地址共分五类,IP地址包括网络地址和主机地址 为了适合各种不同大小规模的网络需求，IP地址被分为五大类，其中A、B、C类供Internet网络上的主机使用的IP地址，而D、E类是供特殊用途的IP地址。 A类：A类的IP地址适合于超大型的网络 ：国家、特殊单位 网络地址为7位，主机地址为24位，即允许有27 个不同的A类网络地址，而每个网络中的主机地址数可达224 个。 B类：B类的IP地址适合于大、中型网络 ：跨国企业、ISP 网络地址为14位，主机地址为16位，即允许有214个不同的A类网络地址，而每个网
8、络中的主机地址数可达216 个。 C类：C类的IP地址适合于小型网络 ：小型企业 网络地址为21位，主机地址为8位，即允许有221 个不同的A类网络地址，而每个网络中的主机地址数可达28 个。D类：D类的Network ID用于多点播送 D类地址不标示网络，用于特殊的用途，基本的用途是多播。 E类：这是一个用于将来扩展用的Network ID E类地址保留用于实验和将来使用。,特殊的IP地址,1、主机地址全为0用来代表“这个网络”，以Class C为例，203.74.205.0用来代表该Class C的网络。2、主机地址全为1代表网络中的全部设备，也就是“广播”的意思。以Class C为例，假
9、设某一网络地址为203.74.205.0，若网络中有一部计算机送出203.74.205.255的信息包，即代表这是对203.74.205.0这个网络的广播信息包，所有位于该网络上的设备都会收到此信息包。其他网络也可以送出。3、若网络地址与主机地址都为1，即255.255.255.255，称为“Limited”或“Local”广播信息包。此种广播的范围仅限于所在的网络，即只有同一网络上的设备可收到此种广播。,特殊的IP地址,4、各个Class的最后一个网络地址（也就是除了前导位外，其余的网络地址位都设为1）代表“Loopback”地址。例如：Class A的127.0.0.0便是常用的Loopb
10、ack地址。5、在Class A、B、C中都保留了一些私人IP地址，供这类网络自行使用： Class A：10.0.0.0 10.255.255.255 Class B：172.16.0.0 172.31.255.255 Class C：192.168.0.0 192.168.255.255,子网,子网划分技术就是用来把一个单一的IP网络分成多个更小的网络，即子网。该技术把一个较大的地址进一步划分。一个较大的分类地址就可以为一个企业中地理位置不同的多个网段使用，不必为每个站点都分别申请一个分类地址。,一、子网分割的原理,子网划分的过程是将分类地址的IP地址中的主机地址部分进一步划分成一个子网地
11、址部分和一个主机地址部分。与传统的分类地址一样，地址中的网络部分（网络前缀+子网）与主机部分之间的边界由子网掩码来定义。1、一个网络上的所有主机都必须有相同的网络号。当网络增大时，这种IP编址特性会引发问题。2、在网络外部，子网是不可见的，因此分配一个新子网不必与NIC联系或改变程序外部数据库。3、子网的技术，让原先只有3种等级的IP地址更加具有灵活性,子网掩码,子网掩码的长度与IP地址一样，也为32位。子网掩码指出地址中哪些部分是网络地址，那些是主机地址，而不是分类地址那样由首字节指出。 在子网掩码中，二进制位“1”表示网络地址位，二进制“0”表示主机地址位。1利用子网掩码获得IP地址的Ne
12、twork ID和Host ID2利用子网掩码切割子网,传统的各类地址对应的子网掩码,A类255.0.0.0 B类255.255.0.0 C类255.255.255.0 子网掩码必须是一串连续的1，再跟上一串连续的0组成。 可以使用掩码255.255.255.0把B类网络地址分成多个C类网络地址。例如：其中X代表一个用来标识特定主机的整数（小于255） B类地址187.15.0.0分成一组不同的C类大小的网络，可以使用如下地址： 地址 子网掩码 187.15.1.X 255.255.255.0 187.15.2.X 255.255.255.0 187.15.3.X 255.255.255.0
13、. . 利用子网掩码重新定义“较长”的网络地址，以便将现有的网络加以分割成2、4、8、16等2幂方数的子网。,子网分割实例,IP地址： 11001011 01001010 11001101 00000000 （203.74.205.0）子网掩码： 11111111 11111111 11111111 00000000 （255.255.255.0） 分为4个（实际为6个）子网后，原来的8bits主机地址变成了，3bits子网地址和5bits主机地址。这时的子网掩码变为，如下： 子网掩码： 11111111 11111111 11111111 11100000 对于网络来说，只是在分组上发生了变
14、化，对于计算机（主机）来说只是被分到了一个小组，而其他的都没有发生变化，当然管理上有了一些变化。,A1（子网1）： 第一个IP地址： 11001011 01001010 11001101 00100001 最后一个IP ： 11001011 01001010 11001101 00111110A2（子网2）： 第一个IP地址： 11001011 01001010 11001101 01000001 最后一个IP ： 11001011 01001010 11001101 01011110A3（子网3）： 第一个IP地址： 11001011 01001010 11001101 01100001 最
15、后一个IP ： 11001011 01001010 11001101 01111110A4（子网4）： 第一个IP地址： 11001011 01001010 11001101 10000001 最后一个IP ： 11001011 01001010 11001101 10011110,CIDR(超网),CIDR又称为超网(Supernet)，与子网是一体的两面，两者其实都是使用相同的概念与技术，只是在应用上略有不同，其概念差异如下： 子网：利用子网掩码重新定义“较长”的网络地址，以便将现有的网络加以分割成2、4、8、16等2幂方数的子网。 超网：利用子网掩码重新定义“较短”的网络地址，以便将现有
16、2、4、8、16等2幂方数的网络， “合并成为一个网络。,超网合成实例,假设现有16个C类网络，从201.66.32.0到201.66.47.0,它们可以用子网掩码255.255.240.0统一表示为网络201.66.32.0。但是不是任意的地址组都可以这样做。 201.66.32.0 11001001 01010010 00100000 00000000 201.66.47.0 11001001 01010010 00101111 00000000 子网掩码也由 255.255.255.0变为255.255.240.0，即： 11111111 11111111 11110000 000000
17、00,CIDR,CIDR试图延长IPv4的寿命，与128位地址的IPv6不同，虽然它并没有最终解决地址空间的耗尽的问题，但CIDR给了缓冲的准备时间。 子网和超网主要解决以下问题： 1、分配的网络数目的增长使路由表大得难以管理，这降低了路由器的处理速度。 2、僵化的地址分配方案使很多地址浪费，尤其是B类地址十分匮乏。,IP数据报的格式,7.4.2 路由器的工作过程 当路由器的某个端口收到一帧数据，则将该帧缓存起来，去掉帧头和帧尾，提取其目的IP地址对应的网络号，然后查路由表，找到下一站路由器的IP地址，再重新组装帧，其中源MAC地址字段填写本路由器连接到下一站路由器的端口的MAC地址，而目的M
18、AC地址字段则填写下一站路由器对应端口的MAC地址，将该帧转发到下一站路由器。如果目的网络就是该路由器某端口连接的网络，则将数据直接发往目的主机。,路由器（路径选择器）,路由器是工作在ISO/OSI参考模型的网络层的设备。路由器是用于连接多个逻辑上分开的网络，而逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，路由器检查网络地址并决定数据是应在本网络中传输还是应传输至其它的网络，并能选择从源网络到目的网络之间的一系列数据链路中的最佳路由。它还能在多网络互连环境下建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网。一般说，异种网络互连或多个网络互连都应采用路
19、由器。,7.5 Internet的路由选择协议,7.5.1 路由选择算法的评价标准 正确性 简洁性 最优化 健壮性 快速收敛 公平,7.5.2 路由选择算法的分类 按照能否自动随网络状态的改变调整自己的路由表，将路由选择算法分为两类：非自适应路由选择算法（静态路由）和自适应路由选择算法（动态路由）。 静态路由和动态路由各有各的特点和适用范围。因此，在网络中，动态路由通常作为静态路由的补充。当一个数据包在路由器中进行寻径时，路由器首先查找静态路由，如果查到，则根据相应的静态路由转发数据包，否则才会查找动态路由。,一、静态路由,1、 适用于小型且稳定的网络环境。本节将示范如何在小型网络环境中使用静
20、态路由。 2、如何在路由表中新增路由记录？ 如果是硬件路由器例如思科(CiSCO)制造的路由器，通常可用TELNET连上路由器，然后以ip route命令来添加路由记录。 如果是以个人计算机作为路由器以Windows 2000 Server为例，从命令提示字符执行route命令，则操作系统或软件会提供相关的工具程序。,静态路由表的维护：,1、利用 ifconfig 配置路由 IPConfig：显示当前 TCP/IP 网络配置值；更新或发布动态主机配置协议 (DHCP) 分配租约；显示、注册或刷新域名系统 (DNS) 名。 2、利用 route 添加路由 Route:显示 IP 路由表以及添加或
21、删除 IP 路由。,二、动态路由,1、动态路由选择是根据拓扑结构、通信量的变化来改变其路由选择。这有时也称作自适应算法 向量距离路由选择算法和链路状态路由选择算法都是常用的动态路由选择算法。 目前在企业网络中，使用最普遍的动态路由协议是RIP(Routing Information Protocol，路由信息协议)。RIP所使用的路由算法是距离向量算法fDistance Vector Algorithm)。以下仅介绍向量距离算法。,二、动态路由,2、向量距离（V-D）算法 路由表的表项由目的网络、距离（cost）和下一结点构成，其中距离是一个相对值，它反映了到达目标网络的一个测度，可能是跳数、
22、费率、时延等。（1）向量距离算法的两个基本要素 在向量距离算法中有两个基本的要素：一个向量，另一个为距离。 这两个要素构成了动态路由表的基本元素结构。（2）向量距离算法的路由表的形成（3）向量距离算法的基本特点,常用的动态路由算法有距离矢量路由选择算法和链路状态路由选择算法,7.5.3 外部网关协议,按照路由选择协议使用的场合分为在自治系统AS内部使用的内部网关协议IGP和在自治系统之间使用的外部网关协议EGP。 BGP目前是Internet的标准外部网关协议，现在使用的是它的第四版：BGP-4。 BGP是一种距离矢量路由协议，它使用增量的，触发性的路由更新，BGP有多种衡量路由路径的度量标准，使用BGP的路由器之间可以被未使用BGP的路由器隔开。,7.5.4 内部网关协议 常见的内部网关协议有：基于距离矢量路由选择算法的RIP（Routing Information Protocol）路由信息协议和基于链路状态路由选择算法的OSPF（Open Shortest Path First）开放式最短路径优先协议。,7.6 网关,按照网关的功能不同大体可以将网关分为三大类： 协议网关 应用网关 安全网关,
