【正文】 Chapter 6 網(wǎng)絡(luò)互連與網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議 主要內(nèi)容 網(wǎng)絡(luò)互連概述 IP協(xié)議 Inter的路由選擇協(xié)議 組管理協(xié)議 IGMP IPv6簡(jiǎn)介 網(wǎng)絡(luò)互連概述（ 1） 網(wǎng)絡(luò)互連概述 ? 網(wǎng)絡(luò)互連： 為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的連通性和互操作能力，用戶可以相互透明地交換信息而將不同的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。 ? 網(wǎng)絡(luò)異構(gòu) (Heterogeneity)： 硬件和軟件平臺(tái)差異 ? 軟件平臺(tái)差異 :DOS、 Windows、 OS/ Unix、 Macintosh ? 通信介質(zhì)差異 :雙絞線、同軸電纜、光纖、微波、無線、衛(wèi)星 ? 網(wǎng)絡(luò)范圍差異 ： LAN、 MAN、 WAN ? 多平臺(tái)、多協(xié)議的異種網(wǎng)絡(luò)共存： 沒有一種平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)能夠解決所有的應(yīng)用問題 ? 通用服務(wù) (Universal Service)： 允許任意兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通信 ? 網(wǎng)絡(luò)互連的目標(biāo)： 實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的通用服務(wù) ? Inter： 網(wǎng)間網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng) 網(wǎng)絡(luò)互連概述 ? 網(wǎng)絡(luò)互連的必要性 ? 各種類型的通信子網(wǎng)將長期地共存下去； ? 實(shí)現(xiàn)更大范圍的資源共享； ? 利用交換技術(shù)劃分虛擬子網(wǎng) ? 調(diào)節(jié)負(fù)載與性能 ? 有利于網(wǎng)絡(luò)安全和故障隔離 Router 圖 61 用路由器連接的兩個(gè)物理網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò) A 網(wǎng)絡(luò) B 網(wǎng)絡(luò)互連概述（ 2） 網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)與互連 項(xiàng)目 服務(wù) 項(xiàng)目 服務(wù) 提供的服務(wù) 面向連接與無連接 錯(cuò)誤處理 可靠的，有序及無序投遞 協(xié)議 IP、 IPX、 AppleTalk等 流控制 滑動(dòng)窗口，速率控制，無 尋址 平面式 (802)與層次式 (IP) 擁塞控制 丟棄分組，組塞分組 組播 提供與不提供 安全 保密規(guī)則、加密 分組大小 各網(wǎng)絡(luò)有自己的最大值 參數(shù) 不同的超時(shí)、流規(guī)范 QoS 存在與不存在 計(jì)費(fèi) 連接時(shí)間，分組數(shù)，字節(jié)數(shù)，無 表 61 網(wǎng)絡(luò)間可能存在的差異 網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)與互連 ? 常用的兩種流行的互連方式 ? 面向連接的虛電路 ? 無連接的數(shù)據(jù)報(bào) ? 另外一種連接方式： 隧道技術(shù) (Tunneling) ? 應(yīng)用于以下情況：源與目的網(wǎng)絡(luò)同構(gòu)，但兩者間的網(wǎng)絡(luò)不同 ? 利用隧道技術(shù)解決組播跨越區(qū)域問題 ? 如果組播成員跨越了多個(gè)區(qū)域，則發(fā)送者組播信息時(shí)，由本區(qū)域的支持組播的路由器將組播包封裝成普通 IP包 ? 采用點(diǎn) 點(diǎn)的路由將其傳送到其他組播區(qū)域 ? 接收區(qū)域支持組播的邊界路由器解包，然后組播給本區(qū)域的組成員 ? 隧道技術(shù)的細(xì)節(jié)問題由兩端的路由器進(jìn)行處理 ? 現(xiàn)在比較流行的 VPN就是隧道技術(shù)的代表 網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)與互連 1 R 2 R WAN LAN LAN 圖 62 分組經(jīng)過隧道在兩個(gè) LAN之間傳送 IP 以太幀 以太幀 WAN分組中包含 IP分組 IP IP 網(wǎng)絡(luò)互連概述（ 3） 網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 ? 兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)之間互連時(shí)，差異可以表現(xiàn)在 OSI 7層的任一層上 ? OSI系統(tǒng)之間的互連 ? 非 OSI系統(tǒng)與 OSI系統(tǒng)互連 ? 非 OSI系統(tǒng)之間的互連 ? 按照互連針對(duì)哪一層，網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備分為 4種 ? 中繼器 (Repeater) ? 網(wǎng)橋 (Bridge) ? 路由器 (Router) ? 網(wǎng)關(guān) (Gateway) 網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 ? 互連設(shè)備的位置與用途 OSI層 互連設(shè)備 用途 物理層 中繼器、集線器 在電纜段間復(fù)制比特流 數(shù)據(jù)鏈路層 網(wǎng)橋、第二層交換 在 LAN間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)幀 網(wǎng)絡(luò)層 路由器、第三層交換 在不同網(wǎng)間存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)分組 傳輸層以上 網(wǎng)關(guān) 提供不同體系間互連接口 表 62 互連設(shè)備在 OSI中的位置及其用途 網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 ? 中繼器 ? 中繼器的作用是對(duì)弱信號(hào)再生，并將再生信號(hào)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)的其他分支上； ? 中繼器工作在物理層，只能用來連接具有相同物理層協(xié)議的 LAN； ? 中繼器不能糾正錯(cuò)誤信號(hào)。它們只是轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，但同時(shí)它們也轉(zhuǎn)發(fā)了信號(hào)的噪聲； ? 使用中繼器必須遵守 MAC協(xié)議的定時(shí)特性，不能突破總的最大距離； ? 以太網(wǎng)的 543規(guī)則：最多 4個(gè)中繼器，連接 5個(gè)線纜段，其中只有 3個(gè)線纜段可以連接計(jì)算機(jī) ? 中繼器 ? 集線器 (Hub)：多端口的中繼器 ? 集線器能支持各種不同的傳輸介質(zhì)和數(shù)據(jù)傳輸速率 ? 集線器分為： ? 獨(dú)立式集線器 ? 堆疊式集線器 ? 模塊式集線器 ? 智能型集線器 圖 63 集線器示意圖 ? 中繼器 ? 集線器：多端口的中繼器 圖 64 用集線器組建的 LAN 網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 ? 網(wǎng)橋 ? 網(wǎng)橋與中繼器的不同之處 :它能夠解析收發(fā)的數(shù)據(jù)。網(wǎng)橋?qū)儆?OSI 模型的數(shù)據(jù)鏈路層 ? 數(shù)據(jù)鏈路層能夠進(jìn)行流控制、糾錯(cuò)處理以及地址分析。網(wǎng)橋能夠解析它所接受的幀，并能指導(dǎo)如何把數(shù)據(jù)傳送到目的地 ? 它能夠讀取目標(biāo)地址信息 (MAC)，并決定是否向網(wǎng)絡(luò)的其他段轉(zhuǎn)發(fā) (重發(fā) )數(shù)據(jù)包，而且，如果數(shù)據(jù)包的目標(biāo)地址與源地址位于同一段，就可以把它過濾掉 ? 當(dāng)節(jié)點(diǎn)通過網(wǎng)橋傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，網(wǎng)橋就會(huì)根據(jù)已知的 MAC 地址和它們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)中的位置建立地址表。網(wǎng)橋利用地址表來決定是轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包還是把它過濾掉 ? 網(wǎng)橋 網(wǎng)橋不能解析高層數(shù)據(jù)，如網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)，所以它們不能 分辨不同的協(xié)議 圖 65 網(wǎng)橋：過濾或轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀 ? 網(wǎng)橋 ? 幾種重要的橋接技術(shù) ? 透明橋接技術(shù) (Transparent Bridge)： 用于以太網(wǎng) ? 源路由橋接技術(shù) (Source Routing Bridge)： 用于令牌環(huán)網(wǎng) ? 翻譯橋接技術(shù)： 連接以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng) ? 源路由透明橋接技術(shù)： 將透明橋接技術(shù)和源路由橋接技術(shù)的算法相結(jié)合，以適應(yīng)在以太和令牌環(huán)網(wǎng)的混合環(huán)境下的通信 ? 網(wǎng)橋 ? 20 世紀(jì) 80 年代早期，開發(fā)網(wǎng)橋是為了轉(zhuǎn)發(fā)同類網(wǎng)絡(luò)間傳遞的數(shù)據(jù)包。此后，網(wǎng)橋已經(jīng)進(jìn)化到了可以處理不同類型網(wǎng)絡(luò)間傳遞的數(shù)據(jù)包 ? 盡管更高級(jí)的路由器和交換機(jī)取代了很多網(wǎng)橋，但它們?nèi)匀环浅＿m合某些場(chǎng)合 ? 有些網(wǎng)絡(luò)需要利用網(wǎng)橋過濾傳向各種不同節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)以提高網(wǎng)絡(luò)性能。這些節(jié)點(diǎn)因此而能用更少的時(shí)間和資源偵聽數(shù)據(jù) ? 網(wǎng)橋還可以檢測(cè)出并丟棄出現(xiàn)問題的數(shù)據(jù)包 ? 最重要的是網(wǎng)橋能夠突破原來的最大傳輸距離的限制從而可以方便地?cái)U(kuò)充網(wǎng)絡(luò) 網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 ? 交換機(jī) ? 交換機(jī)可以把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)從邏輯上劃分成幾個(gè)較小的段 ? 交換機(jī)屬于 OSI 模型的數(shù)據(jù)鏈路層，并且，它還能夠解析出 MAC 地址信息 ? 從這個(gè)意義上講，交換機(jī)與網(wǎng)橋相似。事實(shí)上，它相當(dāng)于多個(gè)網(wǎng)橋。 ? 交換機(jī)的每一個(gè)端口都扮演一個(gè)網(wǎng)橋的角色，而且每一個(gè)連接到交換機(jī)上的設(shè)備都可以享有它們自己的專用信道 ? 交換的基本功能就是轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)流，將輸入端口與輸出端口對(duì)應(yīng)起來 ? 交換機(jī) ? 交換機(jī)和路由器 ? 交換機(jī)提供交換功能，也可能提供一些特別服務(wù) ? 路由器提供路由功能、交換功能以及特別服務(wù) ? 第二層交換 ? 根據(jù)第二層地址轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)流 ? 執(zhí)行交換功能 ? 可能提供特別服務(wù) (如報(bào)文過濾 ) ? 第三層交換 ? 基于第三層 (L3)地址轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)流 ? 執(zhí)行交換功能 ? 可能提供特別服務(wù) (如認(rèn)證 ) ? 執(zhí)行或不執(zhí)行路由功能 ? 交換機(jī) 圖 66 局域網(wǎng)交換機(jī) ? 交換機(jī) ? 快捷模式（直通模式） ? 采用快捷模式的交換機(jī)會(huì)在接受完整個(gè)數(shù)據(jù)包之前就讀取幀頭，并決定把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)往何處 ? 采用快捷模式最大的好處就是它的傳輸速率較高 ? 采用快捷模式的交換機(jī)比較適合較小的工作組 ? 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式 ? 運(yùn)行在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式下的交換機(jī)在發(fā)送信息前要把整幀數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存并檢查其正確性 ? 采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)模式的交換機(jī)也可以在不同傳輸速率的網(wǎng)段間傳輸數(shù)據(jù) ? 交換機(jī) ? 用交換機(jī)組建虛擬局域網(wǎng) ? 第二層交換的的不足之處是處理廣播包的方法不太有效 ? 當(dāng)一個(gè)交換機(jī)收到一個(gè)廣播包時(shí)，便會(huì)把它傳到所有其他端口去，可能形成廣播風(fēng)暴 ? 為了解決廣播風(fēng)暴問題，提高帶寬的使用效率，交換機(jī)可以從邏輯上把一些端口歸并為一個(gè)廣播域，從而來組建虛擬局域網(wǎng) ? 虛擬局域網(wǎng)可以連接不處于同一地理位置的用戶，而且可以從一個(gè)大型局域網(wǎng)中組建一個(gè)較小的工作組 ? 交換機(jī) ? 用交換機(jī)組建虛擬局域網(wǎng) 圖 67 一個(gè)簡(jiǎn)單的虛擬局域網(wǎng) ? 交換機(jī) ? 更高層的交換機(jī) ? 集線器、網(wǎng)橋、交換機(jī)和路由器之間的界限正變得越來越模糊 ? 回顧： 交換機(jī)運(yùn)行在 OSI 模型的第二層 (數(shù)據(jù)鏈路層 )，路由器運(yùn)行在第三層，集線器運(yùn)行在第一層 ? 能夠解析第三層數(shù)據(jù)的交換機(jī)被稱作第三層交換機(jī)，能夠解析第四層數(shù)據(jù)的交換機(jī)被稱作第四層交換機(jī) ? 交換完全是由設(shè)備硬件處理的，而路由則是由設(shè)備的軟件處理的 ? 交換機(jī) ? 更高層的交換機(jī) ? 能解析更高層的數(shù)據(jù)使得交換機(jī)可以執(zhí)行先進(jìn)的過濾、統(tǒng)計(jì)和安全功能 ? 第三層和第四層交換機(jī)能夠比路由器更快地傳輸數(shù)據(jù)，而且，比路由器更容易安裝和配置 ? 一般來說，這些交換機(jī)的整體性能還是比不上路由器。例如，很典型的就是它們不能在以太網(wǎng)和令牌環(huán)網(wǎng)間傳輸數(shù)據(jù)，不能打包協(xié)議，也不能優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸 ? 換言之，如果想連接一個(gè) 10Base T 以太網(wǎng)和一個(gè)100Base T以太網(wǎng)，使用交換機(jī)也就足夠了。但如果連接一個(gè)令牌環(huán)網(wǎng)和一個(gè)以太網(wǎng)，就必須使用路由器了 (在廣域網(wǎng)中需要路由器，在局域網(wǎng)中盡量使用交換機(jī) ) 網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 ? 路由器 ? 路由器是一種多端口設(shè)備，它可以連接不同傳輸速率并運(yùn)行于各種環(huán)境的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，也可以采用不同的協(xié)議 ? 路由器屬于 OSI 模型的第三層 (網(wǎng)絡(luò)層 ) ? 路由器不僅能追蹤網(wǎng)絡(luò)的某一節(jié)點(diǎn)，還能和交換機(jī)一樣，選擇出兩節(jié)點(diǎn)間的最近、最快的傳輸路徑 ? 基于這個(gè)原因，還因?yàn)樗鼈兛梢赃B接不同類型的網(wǎng)絡(luò)，使得它們成為大型局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中功能強(qiáng)大且非常重要的設(shè)備。例如，因特網(wǎng)就是依靠遍布全世界的幾百萬臺(tái)路由器連接起來的 ? 路由器 ? 典型的路由器內(nèi)部都帶有自己的 處理器、內(nèi)存、電源 以及為各種不同類型的網(wǎng)絡(luò)連接器而準(zhǔn)備的 輸入輸出插座 ? 路由器完成的基本任務(wù) ? 連接不同的網(wǎng)絡(luò)、解析第三層信息、連接從 A 點(diǎn)到 B 點(diǎn)的最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸路徑 ? 在主路徑中斷后可以通過其他可用路徑重新路由 ? 路由器 ? 為了執(zhí)行這些基本的任務(wù)， 路由器應(yīng)具有以下的功能 ? 過濾出廣播信息以避免網(wǎng)絡(luò)擁塞； ? 通過設(shè)定隔離和安全參數(shù)，禁止某種數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)； ? 支持本地和遠(yuǎn)程同時(shí)連接； ? 利用電源或網(wǎng)絡(luò)接口卡等冗余設(shè)備提供容錯(cuò)能力； ? 監(jiān)視數(shù)據(jù)傳輸，并向管理信息庫報(bào)告統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)； ? 診斷內(nèi)部或其他連接問題并觸發(fā)報(bào)警信號(hào)。 ? 路由器 圖 68 局域網(wǎng)中路由器的連接示意圖 ? 路由器 ? 不像網(wǎng)橋和第二層交換機(jī)，路由器是依賴于協(xié)議的 ? 可路由的協(xié)議包括 TCP/IP 、 IPX/SPX和 AppleTalk ? 不能路由的協(xié)議如 NetBEUI 和 SNA， 采用這些協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)不能使用路由器 ? 路由協(xié)議 ? RIP： 為 IP 和 IPX 設(shè)計(jì)，只考慮節(jié)點(diǎn)間的中繼次數(shù)。 ? OSPF： 為 IP設(shè)計(jì)，能與 RIP 在同一網(wǎng)絡(luò)中共存。 ? EIGRPP (增強(qiáng)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)路由協(xié)議 )： 為 IP 、 IPX 和AppleTalk而設(shè)計(jì)，具有快速收斂時(shí)間和低網(wǎng)絡(luò)開銷的特點(diǎn)。 ? BGP(邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議 )： 為 IP 、 IPX 和 AppleTalk而設(shè)計(jì)，應(yīng)用于因特網(wǎng)主干網(wǎng)。 ? 路由器 主機(jī) A 高層 IP LLC MAC 物理層 主機(jī) B 高層 IP LLC MAC 物理層 路由器 1 IP LLC MAC 物理層 路由器 2 IP LLC MAC 物理層 LAN1 WAN LAN2 圖 69 IP互連 網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 ? 網(wǎng)關(guān) ? 網(wǎng)關(guān)又稱協(xié)議轉(zhuǎn)換器，其作用是使處于網(wǎng)上采用不同高層協(xié)議的主機(jī)可以相互通信。 ? 網(wǎng)關(guān)不能完全歸為一種網(wǎng)絡(luò)硬件。它們應(yīng)該是能夠連接不同網(wǎng)絡(luò)的