1、第1章網絡互聯基本概念和網絡互聯基本概念和網絡互聯設備網絡互聯設備1.1網絡互聯基本概念 網絡世界發展迅猛，各種技術豐富多采。在過去的20年中最為成功的一項技術就是網絡互聯（Internetworking）技術。網絡互聯是指將使用不同鏈路層協議的單個網絡連結成一個整體，使之能夠相互通信的一種技術和方法。 從通信協議的角度看，網絡互聯分為四個層次：物理、鏈路、網絡、傳輸及以上。一般Lan-Lan互聯由于在傳輸層以下，大多采用中繼器和橋，有時也用路由器做信息隔離。而LAN-WAN互聯一般采用路由器，少數用網關，并且可以利用公共傳輸系統聯網。中繼器、橋及路由器等設備的特點和用途將在后面章節進行介紹。

2、1.1.1 網絡互聯的方式 1.1.1 網絡互聯的方式 由于互聯網絡的規模不一樣，網絡互聯有以下幾種形式：1局域網的互聯。由于局域網種類較多（如今牌環網、以太網等），使用的軟件也較多，因此局域網的互聯較為復雜。對不同標準的異種局域網來講，既可實現從低層到高層的互聯，也可只實現低層（在數據鏈路層上，例如網橋）上的互聯；2局域網與廣域網的互聯。不同地方（可能相隔很遠）的局域網要借助于廣域網互聯。這時每個獨立工作的局域網都能相當于廣域網的互聯,常用網絡接入、網絡服務和協議功能；3廣域網與廣域網的互聯。這種互聯相對以上兩種互聯要容易些。這是因為廣域網的協議層次常處于OSI七層模型的低層，不涉及高層協議

3、。著名的X.25標準曾經是局域網連入Internet的主要方式。幀中繼與X.25網、DDN均為廣域網。它們之間的互聯屬于廣域網的互聯，目前沒有公開的統一標準。下面所要說的網絡互聯的方式就是針對上述的網絡互聯而言的 。 1.1.2 上網方式 目前常見的上網方式通常有以下幾種： 1ISDN（綜合業務數字網） ISDN的英文全稱是Integrated Services Digital Network，中文意思就是綜合業務數字網。在國內前幾年才開始應用，而國外整整比我們早了二十多年。ISDN的概念是在1972年首次提出的，是以電話綜合數字網（IDN）為基礎發展而成的通信網，它能提供端到端的數字連接，用

4、來承載包括語音和非語音等多種電信業務。ISDN分為兩種：N-ISDN（窄帶綜合業務數字網）和B-ISDN（寬帶綜合業務數字網）。由于ISDN是數字信號，所以比普通模擬電話信號更加穩定，而上網的穩定性是速度的最根本的保證。ISDN比模擬電路更不易塞車，并且它可以按需撥號。2.ADSL 2.ADSL（非對稱數字用戶服務線） ADSL是Asymmetric Digital Subscriber Loop（非對稱數字用戶回路）的縮寫，它的特點是能在現有的銅雙絞普通電話線上提供高達8Mbit/s的高速下載速率和Mbit/s的上行速率，而其傳輸距離為3km到5km。其優勢在于可以不需要重新布線，它充分利用

5、現有的電話線網絡，只需在線路兩端加裝ADSL設備即可為用戶提供高速高帶寬的接入服務，它的速度是普通Modem撥號速度所不能及的，就連ISDN一線通的傳輸率也約只有它的百分之一。這種上網方式不但降低了技術成本，而且大大提高了網絡速度。因而受到了許多用戶的關注。器接口地址的網絡之間的路由器 3DDN專線 DDN是“Digital Data Network”的縮寫，意思是數字數據網，即平時所說的專線上網方式。數字數據網是一種利用光纖、數字微波或衛星等數字傳輸通道和數字交叉復用設備組成的數字數據傳輸網，它可以為用戶提供各種速率的高質量數字專用電路和其他新業務，以滿足用戶多媒體通信和組建中高速計算機通信

6、網的需要。主要有六個部分組成：光纖或數字微波通信系統；智能節點或集線器設備；網絡管理系統；數據電路終端設備；用戶環路；用戶端計算機或終端設備。它的速率從64Kbit/s-2Mbit/s可選。 4ATM異步傳輸方式 4ATM異步傳輸方式 ATM是目前網絡發展的最新技術，它采用基于信元的異步傳輸模式和虛電路結構，根本上解決了多媒體的實時性及帶寬問題。實現面向虛鏈路的點到點傳輸，它通常提供155Mbit/s的帶寬。它既汲取了話務通訊中電路交換的“有連接”服務和服務質量保證，又保持了以太、FDDI等傳統網絡中帶寬可變、適于突發性傳輸的靈活性，從而成為迄今為止適用范圍最廣、技術最先進、傳輸效果最理想的網

7、絡互聯手段。ATM技術具有如下特點：ATM技術具有如下特點：技術具有如下特點： （1）實現網絡傳輸有連接服務，實現服務質量保證(QoS)。 （2）交換吞吐量大、帶寬利用率高。 （3）具有靈活的組網拓撲結構和負載平衡能力，伸縮性、可靠性極高。 （4）ATM是現今惟一可同時應用于局域網、廣域網兩種網絡應用領域的網絡技術，它將局域網與廣域網技術統一。它的速率可達千兆位（1000Mbit/s）。 5有線電視網 利用有線電視網進行通信，可以使用Cable Modem，即電纜調制解調器，可以進行數據傳輸。Cable Modem主要面向計算機用戶的終端。它連接有線電視同軸電纜與用戶計算機之間的中間設備。目前

8、的有線電視節目傳輸所占用的帶寬一般在50550MHz范圍內，有很多的頻帶資源都沒有得到有效利用。由于大多數新建的CATV網都采用光纖同軸混合網絡（HFC網，即Hybrid Fiber Coax Network），使原有的550MHzCATV網擴展為750MHz的HFC雙向CATV網，其中有200MHz的帶寬用于數據傳輸，接入國際互聯網。這種模式的帶寬上限為860MHz1000MHz。Cable Modem技術就是基于750MHz HFC雙向CATV網的網絡接入技術的。1.2網絡互聯設備網絡互聯設備 1.2.1 路由器（Router） 最簡單的網絡可以想象成單線的總線，各個計算機可以通過向總線發

9、送分組信息以互相通信。但隨著網絡中的計算機數目增長，這會產生許多問題： 1帶寬資源耗盡。 2每臺計算機都浪費許多時間處理無關的廣播數據。 3網絡變得無法管理，任何錯誤都可能導致整個網絡癱瘓。 4每臺計算機都可以監聽到其他計算機的通信。 網絡協議層和路由器的位置網絡協議層和路由器的位置 通過把網絡分段可以解決這些問題，但同時必須提供一種機制使不同網段的計算機可以互相通信，這通常涉及到在一些ISO網絡協議層選擇性地在網段間傳送數據，下面來看一下網絡協議層和路由器的位置（如圖1-1所示） 路由器位于網絡層 由圖1-1中可以看到，路由器位于網絡層。本文假定網絡層協議為IPv4，因為這是最流行的協議，其

10、中涉及的概念與其他網絡層協議是類似的。 路由器屬于網絡層互聯設備，用于連接多個邏輯上分開的網絡。路由器有自己的操作系統，運行各種網絡層協議（如IP協議、IPX協議、AppleTalk協議等），用于實現網絡層的功能。路由器的主要工作 路由器的主要工作就是為經過路由器的每個數據幀尋找一條最佳傳輸路徑，并將該數據有效地傳送到目的站點。由此可見，選擇最佳路徑的策略即路由算法是路由器的關鍵所在。為了完成這項工作，在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關數據路徑表（Routing Table），供路由選擇時使用。路徑表中保存著子網的標志信息、網上路由器的個數和下一個路由器的名字等內容。路徑表可以是由系統管理員設

11、置好的，也可以由系統動態修改，可以由路由器自動調整，也可以由主機控制 。路由器 路由器是互聯網絡的樞紐、“交通警察”。目前路由器已經廣泛應用于各行各業，各種不同檔次的產品已經成為實現各種骨干網內部連接、骨干網間互聯和骨干網與互聯網互聯互通業務的主力軍 路由器的分類 路由器通常用于節點眾多的大型網絡環境，它處于ISO/OSI模型的網絡層。路由器可分為接入路由器、企業或校園級路由器、骨干級路由器和大比特路由器等若干種不同的類型。 接入路由器連接家庭或ISP內的小型企業客戶。接入路由器已經開始提供SLIP/PPP（串行Internet協議/點對點協議）連接方式。這些協議要能在每個端口上運行。諸如AD

12、SL等技術將很快提高各家庭的可用帶寬，這將進一步增加接入路由器的負擔。由于這些趨勢，接入路由器將來會支持許多異構和高速端口，并在各個端口能夠運行多種協議，同時還要避開電話交換網。路由器的主要優缺點 路由器的優點主要是：適用于大規模的網絡、復雜的網絡拓撲結構，負載共享和最優路徑、能更好地處理多媒體、安全性高、隔離不需要的通信量、節省局域網的頻寬、減少主機負擔等。而路由器的缺點主要表現在：它不支持非路由協議、安裝復雜、價格高等幾個方面。 路由器具有四個要素：輸入端口、輸出端口、交換開關和路由處理器。 1.2.2 多層交換機 局域網交換技術是作為對共享式局域網提供有效的網段劃分的解決方案而出現的，它

13、可以使每個用戶盡可能地分享到最大帶寬。交換技術是在OSI 七層網絡模型中的第二層，即數據鏈路層進行操作的，因此交換機對數據包的轉發是建立在MAC（Media Access Control ）地址-物理地址基礎之上的，對于IP 網絡協議來說，它是透明的，即交換機在轉發數據包時，不知道也無須知道信源機和信宿機的IP 地址，只需知其物理地址即MAC 地址。 交換機交換機在操作過程當中會不斷的收集資料去建立它本身的一個地址表，這個表相當簡單，它說明了某個MAC 地址是在哪個端口上被發現的，所以當交換機收到一個TCP IP 封包時，它便會看一下該數據包的目的MAC 地址，核對一下自己的地址表以確認應該從

14、哪個端口把數據包發出去。由于這個過程比較簡單，加上這功能由一嶄新硬件進行-ASIC(Application Specific Integrated Circuit)，因此速度相當快，一般只需幾十微秒，交換機便可決定一個IP 封包該往那里送。值得一提的是：萬一交換機收到一個不認識的封包，就是說如果目的地MAC 地址不能在地址表中找到時，交換機會把IP 封包擴散出去，即把它從每一個端口中送出去，就如交換機在處理一個收到的廣播封包時一樣。二層交換機的弱點正是它處理廣播封包的手法不太有效，比方說，當一個交換機收到一個從TCP/IP 工作站上發出來的廣播封包時，他便會把該封包傳到所有其他端口去，哪怕有些

15、端口上連的是IPX 或DECnet 工作站 這樣一來，非TCP/IP 節點的帶寬便會受到負面的影響，就算同樣的TCP/IP 節點，如果他們的子網跟發送那個廣播封包的工作站的子網相同，那么他們也會無原無故地收到一些與他們毫不相干的網絡廣播，整個網絡的效率因此會大打折扣。從90 年代開始，出現了局域網交換設備。從網絡交換產品的形態來看，交換產品大致有三種：端口交換、幀交換和信元交換。在IOS的七層參考模型中，第二層（數據鏈路層）是實現交換的，第三層（網絡層）是實現路由的。 第三層交換機 第三層交換機實際上是將傳統交換器與傳統路由器結合起來的網絡設備，它既可以完成傳統交換機的端口交換功能，又可完成部分路由器的路由功能。當然，這種二層設備與三層設備的結合，并不是簡單的物理結合，而是各取所長的邏輯結合，其中最重要的表現是，當某一信息源的第一個數據流進入第三層交換機后，其中的路由系統將會產生一個MAC地址與IP地址映射表，并將該表存儲起來，當同一信息源的后續數據流再次進入第三層交換機時，交換機將根據第一次產生并保存的地址映射表，直接從第二層由源地址傳輸到目的地址，而不再需要經過第三層路由系統處理，從而消除了路由選擇時造成的網絡延遲，提高了數據包的轉發效率，解決了網間傳輸信息