計算機網(wǎng)絡互連.doc

組網(wǎng)與網(wǎng)絡管理技術(shù)第3章學習要點第3章 計算機網(wǎng)絡互連本章重點：1. 掌握局域網(wǎng)、廣域網(wǎng)的互連2. 理解HUB、SWITCH、網(wǎng)橋以及路由器的規(guī)劃和使用3. 網(wǎng)絡互連最新技術(shù)和新的網(wǎng)絡互連設備網(wǎng)絡互連的一般概念局域網(wǎng)局域網(wǎng)(Local Area Neteork)，簡稱LAN，即計算機局部區(qū)域網(wǎng)，它是在一個局部的地理范圍內(nèi)，將各種計算機、外圍設備、數(shù)據(jù)庫等互相連接起來組成的計算機通信網(wǎng)。局域網(wǎng)是計算機通信網(wǎng)的一個重要組成部分，其用途主要在于數(shù)據(jù)通信與資源共享。LAN有和其他網(wǎng)絡不同的三個特征：(1) 范圍 ，(2) 傳輸技術(shù)，(3) 拓撲結(jié)構(gòu)。廣播式LAN可以由多種拓撲結(jié)構(gòu)。局域網(wǎng)采用的交換方式是分組交換，它不同于電話系統(tǒng)中的電路交換。常見的局域網(wǎng)有以太網(wǎng)（Ethernet）、令牌環(huán)網(wǎng)、和 Arcnet。廣域網(wǎng)廣域網(wǎng)（Wide Area Network），或者稱WAN，是一種跨越大的地域的網(wǎng)絡，通常包含一個國家或州。它包含想要運行用戶（即應用）程序的機器的集合。城域網(wǎng)城域網(wǎng)（metropolitan area network），或者稱MAN，基本上是一種大型的LAN，通常使用與LAN相似的技術(shù)。網(wǎng)絡互連的層次中繼器、集線器、網(wǎng)橋、路由器、網(wǎng)關(guān)等產(chǎn)品都可以延伸網(wǎng)絡和進行分段。中繼器（repeater）可以連接兩局域網(wǎng)的電纜，重新定時并再生電纜上的數(shù)字信號，然后發(fā)送出去，這些功能是ISO模型中第一層物理層的典型功能。中繼器的作用是增加局域網(wǎng)的覆蓋區(qū)域。中繼器只將任何電纜段上的數(shù)據(jù)發(fā)送到另一段電纜上，并不管數(shù)據(jù)中是否有錯誤數(shù)據(jù)或不適于網(wǎng)段的數(shù)據(jù)。集線器（Hub）一種特殊的中繼器。以集線器為中心的優(yōu)點是：當網(wǎng)絡系統(tǒng)中某條線路或某節(jié)點出現(xiàn)故障時，不會影響網(wǎng)上其他節(jié)點的正常工作。網(wǎng)橋(Bridge)又稱橋接器，是一種在鏈路層實現(xiàn)局域網(wǎng)互連的存儲轉(zhuǎn)發(fā)設備。網(wǎng)橋的用途有：(1)連接同構(gòu)型LAN;(2)擴展工作站的平均占有頻帶;(3)擴展LAN的地址范圍;(4)提高網(wǎng)絡性能及可靠性;網(wǎng)橋不能讀數(shù)據(jù)幀內(nèi)的TCP/IP地址。網(wǎng)橋和中繼器對相連局域網(wǎng)要求不同。路由器(Router)是在網(wǎng)絡層實現(xiàn)互連的設備。它比網(wǎng)橋更加復雜，也具有更大的靈活性。路由器有更強的異種網(wǎng)互連能力，連接對象包括局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。在局域網(wǎng)互連中也越來越多地使用路由器。網(wǎng)關(guān)(Gateway)又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。網(wǎng)關(guān)在運輸層上以實現(xiàn)網(wǎng)絡互連，是最復雜的網(wǎng)絡互連設備，僅用于兩個高層協(xié)議不同的網(wǎng)絡互連。網(wǎng)關(guān)的結(jié)構(gòu)也和路由器類似，不同的是互連層。網(wǎng)關(guān)既可以用于廣域網(wǎng)互連，也可以用于局域網(wǎng)互連。網(wǎng)絡設備的選擇一、 中繼器優(yōu)點：1.易于操作2.很短的等待時間3.價格便宜4.突破線纜的距離限制來擴展局域網(wǎng)段的距離5.擴展某些來自局域網(wǎng)段或主干網(wǎng)的工作站的距離缺點：1.功能有限2.某些情況下管理能力有限二、 網(wǎng)橋優(yōu)點：1.提高通信距離、增強了局域網(wǎng)段的性能2.運行獨立于上層協(xié)議3.再生信號4.提供某些WAN互連（遠程網(wǎng)橋）5.通常比路由器便宜6.比路由器的等待時間短缺點：1.無法用于大型網(wǎng)絡或多個網(wǎng)絡的路由通信2.無法轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)鏈路層以上的協(xié)議三、 路由器優(yōu)點：1.可在復雜的網(wǎng)絡中從源到目的地路由分組2.可配置成允許多條路由路徑3.允許網(wǎng)絡數(shù)據(jù)流控制4.允許如Internet的大型網(wǎng)絡訪問缺點：1.比網(wǎng)橋還要長的等待時間2.比中繼器和網(wǎng)橋成本高四、 集線器優(yōu)點：1.更改配線相對容易2.易于網(wǎng)絡擴展3.集中管理4.提供中繼器功能缺點：1.比采用同軸電纜方案成本高2.可能會在某個地方出故障五、 網(wǎng)關(guān)優(yōu)點：可以從一種網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)到另外一種結(jié)構(gòu)缺點：很長的等待時間六、 交換機優(yōu)點：1.很短的等待時間2.增強網(wǎng)絡整體性能3.集中控制缺點：與集線器和網(wǎng)關(guān)比較起來成本高交換機和路由器都可以通過裝配來分割局域網(wǎng)和提供附加帶寬。如果應用項目需要支持多路徑、智能化分組傳遞以及WAN訪問，那么必須選擇路由器。如果應用項目只需要增加帶寬以減少通信瓶頸，則選擇交換機好一些。因為交換機是專門的設備，它提供“線路速度”的包吞吐量，而且每個端口的成本比路由器更少。LAN-LAN互連中繼器與集線器中繼器（Repeator）是連接網(wǎng)絡線路的一種裝置，常用于兩個網(wǎng)絡節(jié)點之間物理信號的雙向轉(zhuǎn)發(fā)工作。中繼器一般來說是啞設備，具有以下特征：（1） 中繼器再生信號使得信號能傳播更遠。（2） 中繼器一般用于如以太網(wǎng)的線性電纜系統(tǒng)。（3） 中繼器用于協(xié)議棧的最底層物理層。高層協(xié)議不使用中繼器。（4） 用中繼器連接的網(wǎng)絡段都必須使用同樣的介質(zhì)訪問方法。（5） 用中繼器相連的網(wǎng)絡段成為同一網(wǎng)絡的一部分，具有相同的網(wǎng)絡地址。（6） 中繼器一般在單座建筑中使用。（7） 網(wǎng)段中的每個節(jié)點有自己的地址。擴展段中的節(jié)點地址和已有的網(wǎng)段節(jié)點地址必須相同，因為它們已成為同一網(wǎng)絡段上的一部分。集線器（Hub）是中繼器的一種形式，區(qū)別在于集線器能夠提供多端口服務，也稱為多口中繼器。集線器可分為被動式（Passive）集線器、主動式（Active）集線器和智能（Intelligent）集線器。被動式集線器只負責把多段介質(zhì)連接在一起，不對信號作任何處理，每一種介質(zhì)段只允許擴展到最大有效距離的一半。主動式集線器類似于被動式集線器，但它具有對傳輸信號進行再生和放大從而擴展介質(zhì)長度的功能。智能集線器除具有有源集線器的功能外，還可將網(wǎng)絡的部分功能集成到集線器中，如網(wǎng)絡管理、選擇網(wǎng)絡傳輸線路等。集線器的選購一般是在綜合布線結(jié)束、骨干設備已經(jīng)定型之后，選擇可以有多種依據(jù)，如外形尺寸，帶寬，是否可管理或擴延方式等。以帶寬為選擇依據(jù)的話，集線器帶寬的選擇，主要決定于三個因素：（1）所連設備帶寬。（2）站點數(shù)。3）應用需求。3.2.3 網(wǎng)橋 網(wǎng)橋（Bridge）也稱橋接器，是連接兩個局域網(wǎng)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)設備，用它可以完成具有相同或相似體系結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡系統(tǒng)的連接。一般情況下，被連接的網(wǎng)絡系統(tǒng)都具有相同的邏輯鏈路控制規(guī)程（LLC），但媒體訪問控制協(xié)議（MAC）可以不同。網(wǎng)橋是數(shù)據(jù)鏈路層的連接設備，準確說它工作在MAC子層上，在兩個局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層（DDL）間接幀傳送信息。根據(jù)網(wǎng)橋連接的不同設備和網(wǎng)絡，網(wǎng)橋可分為內(nèi)橋、外橋和遠程橋。3.2.4 組播IP組播采用了組地址的概念，把需要數(shù)據(jù)的用戶編入用戶組，并利用一些高級的網(wǎng)絡協(xié)議來確保最經(jīng)濟地利用帶寬，把數(shù)據(jù)通過用戶組傳遞給真正需要的用戶。 IP組播是一種保存帶寬的技術(shù)，它采用的方式是把一個單獨的信息流同時傳送到許多接收者那里，從而減少了網(wǎng)絡的流量。 IP組播技術(shù)對于像視頻會議、遠程教育和實時訓練等應用來說非常適合。IP組播中的組動態(tài)主機-路由器協(xié)議 最基本的主機-路由器組播協(xié)議是Internet組管理協(xié)議（Internet Group Management Protocol，IGMP。 交換和橋接網(wǎng)絡中的IP組播組播路由協(xié)議 稠密模式組播 稀疏模式組播 在IP網(wǎng)絡上配置組播的策略組播的多媒體應用服務質(zhì)量QoSQoS起到了如下重要作用：1保護電子商務、ERP或自動銷售系統(tǒng)等關(guān)鍵任務應用。2給予基于銷售和工程等業(yè)務的用戶組以優(yōu)先權(quán)。3實現(xiàn)運程教學或桌面電視會議等多媒體應用。4網(wǎng)絡管理員可能需要就不同的應用提供不同的服務級別。四、VLAN劃分虛擬網(wǎng)絡技術(shù)是基于當今交換網(wǎng)絡技術(shù)基礎(chǔ)上的一種新的高層技術(shù)，虛擬網(wǎng)絡是一種與具體物理位置無關(guān)的邏輯局域網(wǎng)，不存在物理上的網(wǎng)絡邊界，可實現(xiàn)集中式的管理，可解決通信瓶頸問題，并可對廣播通信進行控制，以減少不必要的通信量，網(wǎng)絡的安全性也更好。虛擬網(wǎng)絡是通過軟件來管理和劃分，是“邏輯”上的概念，對它劃分的合理與否對網(wǎng)絡性能和方便網(wǎng)絡管理意義重大。LAN-WAN-LAN的互連路由器路由器（router）是在網(wǎng)絡層提供連接服務的，用路由器連接的網(wǎng)絡可以使用在數(shù)據(jù)鏈路層和物理層完全不同的協(xié)議。一、地址解析協(xié)議如果接口A想給接口B發(fā)送數(shù)據(jù)，并且A只知道B的IP地址，它必須首先查找B的物理地址，它發(fā)送一個含有B的IP地址的ARP廣播請求B的物理地址，接口B收到該廣播后，向A回應其物理地址(如下圖)。圖 地址解析協(xié)議工作原理（同一網(wǎng)段） 注意，雖然所有接口都收到了信息，但只有B回應該請求，這保證了回應的正確且避免了過期的信息。要注意的是，當A和B不在同一網(wǎng)段時，A只向下一跳的路由器發(fā)送ARP請求，而不是直接向B發(fā)送（如下圖）。 圖 地址解析協(xié)議工作原理（不同網(wǎng)段）二、IP地址在可路由的網(wǎng)絡層協(xié)議中，協(xié)議地址必須含有兩部分信息：網(wǎng)絡地址和主機地址。IP把網(wǎng)絡地址和主機地址一起包裝在一個32位的域里，有時主機地址部分很短，有時很長，這樣可以有效利用地址空間，減少IP地址的長度，并且網(wǎng)絡數(shù)目不算多。有兩種將主機地址分離出來的方法：基于類的地址和無類別的地址。1基于類的地址2子網(wǎng)劃分3無類別地址(CIDR)三、路由1路由表如果一個主機有多個網(wǎng)絡接口，當向一個特定的IP地址發(fā)送分組時，它怎樣決定使用哪個接口呢？答案就在路由表中。目的子網(wǎng)掩碼網(wǎng)關(guān)標志接口201.66.37.0255.255.255.0201.66.37.74Ueth0201.66.39.0255.255.255.0201.66.39.21Ueth1表 路由表示例 主機將所有目的地為網(wǎng)絡201.66.37.0內(nèi)主機(201.66.37.1-201.66.37.254)的數(shù)據(jù)通過接口eth0(IP地址為201.66.37.74)發(fā)送，所有目的地為網(wǎng)絡201.66.39.0內(nèi)主機的數(shù)據(jù)通過接口eth1(IP地址為201.66.39.21)發(fā)送。標志U表示該路由狀態(tài)為“up”（即激活狀態(tài)）。對于直接連接的網(wǎng)絡，一些軟件并不象上例中一樣給出接口的IP地址，而只列出接口。此例只涉及了直接連接的主機，那么目的主機在遠程網(wǎng)絡中如何呢？如果你通過IP地址為201.66.37.254的網(wǎng)關(guān)連接到網(wǎng)絡73.0.0.0，那么你可以在路由表中增加這樣一項：目的掩碼網(wǎng)關(guān)標志接口73.0.0.0255.0.0.0201.66.37.254UGeth0表 新增加的路由表項 此項告訴主機所有目的地為網(wǎng)絡73.0.0.0內(nèi)主機的分組通過201.66.37.254路由過去。標志G(gateway)表示此項把分組導向外部網(wǎng)關(guān)。類似的，也可以定義通過網(wǎng)關(guān)到達特定主機的路由，增加標志H(host)：目的掩碼網(wǎng)關(guān)標志接口91.32.74.21255.255.255.255201.66.37.254UGHeth0表 新增加的路由表項（具有H標志） 下面是基本的路由表，除了特殊表項之外：目的掩碼網(wǎng)關(guān)標志接口127.0.0.1255.255.255.255127.0.0.1UHlo0default0.0.0.0201.66.37.254UGeth1表 基本路由表 第一項是loopback接口，用于主機給自己發(fā)送數(shù)據(jù)，通常用于測試和運行于IP之上但需要本地通信的應用。這是到特定地址127.0.0.1的主機路由(接口lo0是IP協(xié)議棧內(nèi)部的“假”網(wǎng)卡)。第二項十分有意思，為了防止在主機上定義到因特網(wǎng)上每一個可能到達網(wǎng)絡的路由，可以定義一個缺省路由，如果在路由表中沒有與目的地址相匹配的項，該分組就被送到缺省網(wǎng)關(guān)。多數(shù)主機簡單地通過一個網(wǎng)卡連接到網(wǎng)絡，因此只有通過一個路由器到其它網(wǎng)絡，這樣在路由表中只有三項：loopback項、本地子網(wǎng)項和缺省項（指向路由器）。2靜態(tài)路由假如我們建立的路由表，已有了六個表項：目的掩碼網(wǎng)關(guān)標志接口127.0.0.1255.255.255.255127.0.0.1UHlo0201.66.37.0255.255.255.0201.66.37.74Ueth0201.66.39.0255.255.255.0201.66.39.21Ueth1default0.0.0.0201.66.39.254UGeth173.0.0.0255.0.0.0201.66.37.254UGeth091.32.74.21255.255.255.255201.66.37.254UGHeth0表 一個實際的路由表 這些表項分別是怎么得到的呢？第一個是當路由表初始化時由路由軟件加入的，第二、三個是當網(wǎng)卡綁定IP地址時自動創(chuàng)建的，其余三個必須手動加入，在UNIX系統(tǒng)中，這是通過命令route來做的，可以由用戶手工執(zhí)行，也可以通過rc腳本在啟動時執(zhí)行。上述方法涉及的是靜態(tài)路由，通常在啟動時創(chuàng)建，并且沒有手工干預的話將不再改變。3路由協(xié)議ICMP：Internet control message protocol因特網(wǎng)控制消息協(xié)議 RIP是一種簡單的內(nèi)部路由協(xié)議，它使用距離向量算法，所以其路由選擇只是基于兩點間的“跳(hop)”數(shù)，穿過一個路由器認為是一跳。RIP中的最大hop數(shù)是15，大于15則認為不可到達。路由器的選擇與配置路由器（Router）是工作在OSI七層模型中第三層即網(wǎng)絡層（IP Layer）與第四層即運輸層（TransportLayer）間的網(wǎng)絡設備。從應用看，主要有內(nèi)部路由與邊界路由之分。一、選購的總原則二、訪問方式的選擇三、端口的選擇四、外型尺寸的選擇五、品牌的選擇六、協(xié)議的選擇七、安全方面的考慮1訪問控制。2數(shù)據(jù)加密。3防火墻（Firewall）