第7章网络互连

第7章网络互连（达第4.7、5.5节，谢第4.4节、第6章）知识要点：·网络互连的层次与设备：物理层与中继器，链路层与网桥，网络层与路由器，更高层与网关，Internet的互连网技术。·内部网关协议：RIP，技术特征与应用，缺陷。OSPF，技术特征与应用，自治系统AS，区域与分层结构。·外部网关协议：BGP的技术特征。7．1概述1、网络的不同性：（1）提供的服务：面向连接或无连接。（2）网络层协议的不同：IP、IPX等。（3）寻址方式：平面结构（IEEE802），分层结构（IP）。（4）多点广播：支持，不支持。（5）允许的最大分组长度不同。（6）服务质量：支持/不支持或定义不同。（7）差错控制：可靠、有序的或无序的提交。（8）流量控制：不同的方法或不支持。（9）拥塞控制：不同的策略。（10）不同的超时值等参数。（11）安全性：访问规则、加密等。（12）计费方式：不同的方法或不计费。2、互连层次与设备（1）中继器：实现物理层连接，只能对信号放大、整形和转换不同的介质，故只能扩展地理范围。（2）网桥（bridge）：工作在数据链路层，在不同局域网之间存储转发帧，提供链路层的协议转换。因不同的LAN均遵循同一组协议标准，故网桥实现的是同构通信子网的互连。（3）路由器（router）：工作于网络层，在不同的子网之间存储转发分组，提供网络层的协议转换。因网络层是通信子网的最高层，故路由器实现的是异构通信子网的互连。（4）网关（gateway）：指对运输层及以上的高层协议进行协议转换的网间连接器，可以实现端系统的互连通信。一般分为两种：运输层网关和应用层网关。前者互连不同的网络，实现运输层协议转换（如OSI与TCP）。后者互连不同的应用程序，实现应用层协议的转换，如用因特网邮件格式从一台因特网主机向ISOMOTIS邮件箱发送邮件，就可通过应用层网关进行格式转换后发出。一般用于两个异构应用系统之间的协议转换。3、网络层的互连方式（1）面向连接的虚电路方式：这种方式必须要求所有子网都提供面向连接的服务，而且提供的服务质量差不多。此时路由器主要完成转发和路由选择功能。（2）无连接的数据报方式该方式的适应性较强，是常用的方式，如因特网即使用这种方式，其设计要点如下：①寻址：对每一个端系统分配一个唯一的标识或地址。②路由：互连的网络中的路由算法与单个子网中的相似，但更为复杂。③分组生命期：由于各分组独立地动态选择路由，所以需防止分组在互连系统中循环传递。④差错控制和流量控制：数据报不保证分组的正确传送，路由器在丢弃分组时应尽可能通知源方。⑤分段与重组两种互连方式的优缺点与单个子网中的虚电路和数据报服务的优缺点类似。4、异构网络协议的转换方案一对一转换中间标准协议转换5、因特网之网络互联技术的特点中间标准协议转换网络层实现互连无连接的数据报方式在运输层之下插入一个统一的IP层7．2网桥技术（达第4.7节，谢第4.4节）1、概况网桥主要用于LAN的互连，对802.3，802.4，802.5之间的互连需要解决的共同问题有四个：①不同的帧格式；②不同的数据速率；③不同的超时限制；④不同的最大帧长度，因网桥没有分段功能而无法处理，只能丢弃。主要好处：①可将LAN的各网段隔离成较小的冲突域，减轻LAN的负荷，减小平均时延。②扩大物理范围。③互连不同的物理层、MAC子层和不同速率的LAN。④提高可靠性。主要缺点：①桥的工作会增加时延。②MAC子层无流控功能，可能导致帧丢失。③基于广播方式工作，存在广播风暴问题，使得互连系统规模受限。2、透明桥要点：①帧的转发基于扩散法和路由表；②路由表的建立基于自学习的向后学习算法；③要求系统中不能存在回路，因而需使用生成树算法生成一个支撑树。④为反映拓扑的变化，需定时刷新路由表。⑤最大优点是即插即用，对用户完全透明。⑥最大缺点是网络资源利用不充分。3、源站选路桥要点（AdHoc网络）：①由发送站在帧中指定转发路径。②每个站点通过基于扩散法的探测-响应过程建立起去其它站点的路由表。③最大优点是网络资源利用充分，可发现最佳路由。④最大缺点是对用户不透明。7．3因特网的典型路由协议1、基本概念分层路由系统结构自治系统AS：指由一个独立的管理实体控制的一组网络和路由器。一个AS内部往往使用同样的路由协议互连多个网络组成互连网络系统，多个AS可以直接或再通过主干路由系统互连组成更大的互连网络系统，从而构成层次结构的路由系统，其好处是：①可实现大规模互连网络系统，减小路由表的规模和传输时延，减少交换路由信息所占用的资源。②便于对各个AS采用特定的安全措施。内部网关协议IGP：即AS内部使用的路由协议，如RIP、OSPF等。外部网关协议EGP：不同AS系统之间使用的路由协议，目前广泛使用边界网关协议BGP。2、IGP——路由信息协议RIP基于距离矢量的分布式路由协议。（1）基本特性：①简单，占用资源少。②跳步（每经过一个路由器为一个跳步）数不超过16，只适用于小型系统。③只能选择一条最佳路由。④度量值单一。⑤资源利用率低。⑥好消息传播快，坏消息传播慢，即坏消息收敛慢。（2）基本原理①以报文经过的路由器数（跳步数）作为度量标准，选择最少跳步路由。②每一路由器保存一个路由表，每一项对应一个目的地，包括目的地IP地址、跳步数、去目的地路由的下一路由器的IP地址。③工作要点本地检测。定期相邻广播路由表（30秒）。更新路由表——没有的项添加到本地表中，已有的项则比较选取其中跳步最少者。超时淘汰（90秒、270秒）。（3）坏消息收敛慢问题（4）改进：RIPV2为较新的版本，主要增加了对可变长子网掩码和多播服务的支持。3、IGP——开放式最短路由优先协议OSPF一种基于链路状态的动态自适应路由协议。（1）主要特性：①开放性。②支持多种度量值，包括物理距离、时延、成本等，由管理者选择。③动态、自动、快速适应拓扑变化。④支持基于服务类型的路由选择，如对实时信息和其它信息用不同方法选择路由。⑤具有负载平衡能力，即将负载分流到最佳、次佳等多条路由上。⑥通过将系统分成区域，支持分级的层次路由系统，可用于大规模系统。⑦提供安全认证服务，只有被授权的路由器才能进行AS内的路由处理。（2）链路拓扑：OSPF支持三种连接和网络：①两个路由器之间的点到点链路。②广播式网络，如大多数LAN。③非广播的网络，如大多数分组交换WAN。（3）区域与层次：OSPF支持将系统进一步分成多个区域，各区域经过一个主干区域再互连，从而构成星形的层次路由结构，以适应互连系统的规模要求。相应可将OSPF的路由器分成以下4类：①内部路由器：所连接的各网络都属于同一区域，只允许使用一个OSPF的拷贝。②区域边界路由器：连接两个或多个区域，可使用多个OSPF的拷贝。③主干路由器：主干区域内的路由器。④AS边界路由器：与其它的AS连接的路由器。（4）OSPF要点①所有路由器都维持着一个链路状态数据库，其中保持着整个系统的拓扑结构图，包括每个路由器的邻居路由器或网络及到达它们的度量。②每一路由器根据链路状态数据库中的数据使用最短路径算法计算自己的路由表。③只要系统拓扑发生变化，数据库很快就被更新，并重新计算路由表。④各路由器定期交换路由信息来建立和维持数据库。⑤直接使用短的IP数据报传送路由信息，以减少资源占用和减少分段。（5）报文类型与工作过程OSPF共有5种报文：Hello，数据库摘要，链路状态请求，链路状态更新，确认报文。工作过程要点：①邻站可达性测试：每两个相邻路由器每隔10秒钟交换一次Hello报文；若40秒未收到某一邻站的Hello报文则判定其不可达，应修改数据库并重新计算路由表。②建立链路状态数据库：相邻交换数据库摘要报文，摘要报文中仅指出本路由器的数据库中拥有去哪些路由器的链路状态信息，收到摘要报文的路由器将自己数据库的已有信息与摘要报文比较后，只需用链路状态请求报文请求对方提供自己缺少的或已过时的某些链路的详细状态信息。③链路状态数据库更新：系统运行中，一个路由器若发现链路状态发生了变化，就用可靠的扩散法向全网发送链路状态更新报文，通知更新的链路状态。可靠的扩散法指路由器在收到更新报文后必须用确认报文予以确认。④定期刷新：为确保链路状态数据库的可靠，应定期刷新一次数据库中的链路状态。4、外部网关路由协议BGP用于互连不同的AS，属于距离矢量协议，但与IGP中的距离矢量协议有所不同。（1）外部网关协议与IGP的主要区别：它需要考虑一些政治、安全或经济方面的因素。如①某个AS不希望或不允许其它AS的报文通过。②某个AS自己不希望让自己的报文通过一个特定的AS转发等等。（2）BGP基于距离矢量协议，但每个BGP路由器记录的是到目的地所使用的完整路由，而不是费用（距离）。因此，它不存在类似RIP的距离矢量协议中因坏消息传播慢而产生的收敛问题。（3）使用面向连接的TCP协议交换路由信息。（4）BGP的网络类型：①支线网络：与BGP只有一条连接的网络，不能用来转发报文。②多连接网络：可以用于中转通信。③中转网络：可转发第三方报文的网络，如主干网。（5）BGP的报文类型及其工作。共4种报文：Open，路由更新，证实，差错报告。其工作要点：①邻站探测：希望成为对方邻站的路由器发送Open报文，若对方同意则返回一个“证实”报文。②邻站可达性检查：建立了邻站关系的路由器之间相互定期交换“证实”报文，保持邻站关系。③网络可达性：每一个路由器都保持一个可达网络以及到此网络的最佳路由的路由表，一旦该路由表发生了变化，则用广播方式对所有的BGP路由器发出路由更新报文。