第5章 网络互连技术

第5章网络互连技术•熟练掌握：网络互连的概念、基本原理和互连层次。•掌握：网络地址分配与子网划分方法，网络路由协议和路由技术。•了解：网络在物理层、数据链路层、网络层及高层的互连模型。5.1网络互连概述5.1.1网络互连概念网络互连（internetworking）是指将分布在不同地理位置的网络、设备相连接，以构成更大规模的互联网络系统，实现互联网络中的资源共享。互连的网络和设备可以是同种类型的网络、不同类型的网络，以及运行不同网络协议的设备与系统。网络互连的功能1）屏蔽各个物理网络的差别：物理网络的差别包括寻址的差别、分组最大长度的差别、差错控制差别等。2）网络的延伸：通过网络连接设别对信号进行重生或放大以达到更大的传输距离。3）网络的分段：将一个大的网络系统分成几个小的子网，再通过网络互连设备将各个子网连接成一个整体网络5.1.2网络互连基本原理按照网络的传输特性和通信协议的异同，可以把“互连网络”分为同构网和异构网两种类型。•同构网（homogeneousnet）：是指相互连接的网络具有相同特性和性质，即具有相同的通信协议，呈现给接入网络设备的界面也相同，一般是同一厂商提供的某种单一类型的网络。•异构网（heterogeneousnet）：是指相互连接的网络具有完全不同的传输性质和通信协议。目前，不同类型的网络之间的连接大多是异构网间的连接。5.1.3网络互连的层次网络互连类型主要有以下几种：局域网-局域网互连局域网-广域网互连局域网-广域网-局域网互连广域网-广域网互连1.局域网-局域网互连局域网-局域网互连是最常见的一种。局域网-局域网互连进一步可以分为以下两种：(1)同种局域网互连同种局域网互连是指相同协议的局域网之间的互连。例如：两个以太网之间的互连，或者是两个令牌环网之间的互连。同种局域网之间使用网桥互连。(2)异型局域网互连异型局域网互连是指不同协议的局域网之间的互连。例如，一个以太网与一个令牌环网之间的互连，或者是以太网与ATM网络之间的互连。异型局域网之间的互连必须使用支持多协议的网桥。ATM网络与传统共享介质局域网在协议与实现技术上不同。因此，ATM网络与传统局域网的互连必须解决局域网仿真问题。2.其他互连类型局域网-广域网的互连、局域网-广域网-局域网互连、广域网-广域网的互连，都可以通过路由器或网关来实现。网络互连的层次如果按照网络互连设备在OSI参考模型中所属的层次来划分，网络互连可分为以下4种：•物理层互连•数据链路层互连•网络层互连•网络高层互连（1）物理层互连物理层互连的设备是中继器，它双向接收、放大并重发信号。可以延伸网段，没有管理功能。共享式集线器就是一个多端口中继器。中继器数据库服务器文件服务器工作站工作站打印服务器共享打印机50欧电阻工作站工作站中继器（2）数据链路层互连数据链路层互连的设备是网桥（bridge）。网桥在网络互连中起着数据接收、地址过滤与数据转发的作用，它用来实现多个网络系统之间的数据交换。交换式集线器（交换机）就是一个多端口网桥。网桥（bridge）数据库服务器文件服务器工作站工作站打印服务器共享打印机50欧电阻工作站工作站中继器中继器网桥（3）网络层互连网络层互连的设备是路由器，对数据包有很强的管理能力。主要解决路由选择、拥塞控制、差错处理与分段技术等问题。若网络层协议相同，则互连主要解决路由选择问题。若网络层协议不同，则需要多协议路由器。用路由器实现网络层互连时，网络层及以下各层协议可以不相同。（4）高层互连传输层及以上各层协议不同的网络之间的互连属于高层互连，实现高层互连的设备是网关。通常称为应用网关（applicationgateway）。用应用网关实现两个网络的高层互连时，两个网络的应用层及以下各层网络协议可以不相同。5.2网络路由技术路由就是指通过相互连接的网络把信息从源地点转发到目标地点的活动。一般来说，在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间结点。通常，人们会把路由和交换进行对比，这主要是因为在普通用户看来两者所实现的功能是完全一样的。其实，路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层（数据链路层），而路由发生在第三层（网络层）。这一区别决定了路由和交换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。路由技术其实是由决定最优路径和传输信息单元。路由器之所以在互连网络中处于关键地位，是因为它处于网络层：能够跨越不同的物理网络类型（DDN、FDDI、以太网等）；将整个互连网络分割成逻辑上独立的网络单位，使网络具有一定的逻辑结构。网络中任何一个IP分组都要经过路由器的路由选择（routing），才能由源结点到达目的结点。1．路由器的功能•在广域网中，路由器的主要作用是路由选择。•在城域网中，路由器的主要作用是网络连接和路由选择。•在局域网中，路由器的主要作用是分隔子网。2．路由器工作原理路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。由此可见，选择最佳路径的策略即路由算法是路由器工作的关键。为了完成这项工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据路由表（routingtable），供路由选择时使用。路径表中保存着目的网络号、出口端、路由器个数（跳数）和下一个路由器的端口地址（下一跳）等内容。路由表既可以由系统管理员固定设置好，即静态路由表；也可以由系统动态修改，即动态路由表。A2A3A4A1B1B3B2C3C2C1路由器的构成当主机A要向另一个主机B发送数据报时，先要检查目的主机B是否与源主机A连接在同一个网络上。如果是，就将数据报直接交付给目的主机B而不需要通过路由器。但如果目的主机与源主机A不是连接在同一个网络上，则应将数据报发送给本网络上的某个路由器，由该路由器按照转发表指出的路由将数据报转发给下一个路由器。如果不存在这样的路由器，源主机就把IP分组送给一个称为“缺省网关”的路由器。送不到的IP分组则被网络丢弃。路由动作包括寻径和转发。寻径：判定到达目的地的最佳路径。由路由选择算法实现。转发：即沿寻找好的最佳路径传送信息分组。路由转发协议和路由选择协议是相互配合又相互独立。前者使用后者路由表，同时后者要利用前者提供的功能来发布路由协议数据分组。3．路由配置方式1）配置启动过程1、专门的串口配置电缆连接路由器的console口和主机的串口。2、在主机上运行超级终端。开始→程序→附件→通信→超级终端。然后输入要建的超级终端名称并选择一个图标，单击“确定”打开“连接到”对话框。3、在“连接时使用”选择“COM3”，单击确定，打开“COM3属性”对话框，进行串口属性的配置，即可建立与路由器的通信。3．路由器操作模式Cisco的网际操作系统IOS提供了几种不同的命令操作模式，每一种模式提供一组相关的命令集，有不同的操作权限和操作功能。路由器操作模式通常有：普通用户模式、特权用户模式、Vlan配置模式和全局配置模式。操作模式提示符作用如何进入普通用户模式Router执行普通用户命令路由器启动自动进入特权用户模式Router#系统的管理RouterenableVLAN配置模式Router（vlan）#VLAN和VTP的管理Router#vlandatabase全局配置模式Router（config）#进行系统配置Router#configt•普通用户模式：开机直接进入普通用户模式，在该模式下只能查询路由器的一些基础信息，如版本号。•特权用户模式：在普通用户模式的提示符后输入enable命令即可进入特权用户模式。在该模式下可以查看路由器的配置信息和调试信息，保存或删除配置文件等。•Vlan配置模式：在特权用户模式下输入vlandatabase命令，即可进入Vlan配置模式，在该模式下可以创建、删除Vlan。•全局配置模式：在特权用户模式下输入configureterminal命令（可以简写成configuret）即可进入全局配置模式。在该模式下主要完成全局参数的配置，如设置路由器名、修改特权用户密码、配置静态路由、进入一些专项配置状态（如端口配置、动态路由配置）等，具体配置命令在实验中有详细介绍。路由器常用配置命令1）显示信息命令。（特权用户模式下）命令功能Showversion查看版本及引导信息Showrunning-config查看运行设置Showstartup-config查看开机设置Showinterfacetypesolt/number查看端口信息Showiprouter查看路由信息改变路由设置状态命令1、修改路由默认名称Router(config)#hostnameRTARTA(config)#2、修改缺省密码Router(config)#enablecurrentpassword：原密码newpassword：新密码comfirmnewpassword:确认新密码changeenablepasswordsuccessfully3、保存当前配置文件Router#write4、删除配置文件Router#erasestartup-config端口配置命令1、进入端口配置模式Router(config)#int端口号2、配置端口IP地址Router(config-if)#ipaddressIP地址子网掩码3、激活本端口Router(config-if)#noshutdown4、对WAN口捆绑某协议Router(config-if)#enscapsulation协议5、对WAN口配置时钟频率Router(config-if)#clockrate频率4．路由选择方式典型的路由选择方式有3种：1、静态路由2、缺省路由3、动态路由静态路由静态路由是在路由器中设置的固定的路由表。除非网络管理员干预，否则静态路由不会发生变化。静态路由的优点是简单、高效、可靠。在所有的路由中，静态路由的优先级最高。静态路由不占CPU和RAM,不占带宽，不交换路由信息，不透露拓扑结构。但不能动态反映网路拓扑结构。Router(config)#iprouter目的网络子网掩码下一跳ip或端口号缺省路由缺省路由，是指路由器在路由表中如果找不到可以到达目的网络的路由时，最后采用的默认路由。Router(config)#iprouter0.0.0.00.0.0.0出口下一跳IP动态路由动态路由是网络中的路由器之间相互通信，传递路由信息，利用收到的路由信息更新路由器表的过程。适用于拓扑结构经常发生变化的网络。作用：1、维护路由表，以路由更新的形式将路由信息及时发布给其他路由；2、路由器和相邻路由器通信，路由器间通过动态路由协议交换路由表信息。使用原则动态路由作为静态路由的补充。在路由器进行转发寻径时，路由器首先查找静态路由，查到就转发。否则找动态路由，再转发。从路由算法的自适应性考虑•静态路由选择策略——即非自适应路由选择，其特点是简单和开销较小，但不能及时适应网络状态的变化。•动态路由选择策略——即自适应路由选择，其特点是能较好地适应网络状态的变化，但实现起来较为复杂，开销也比较大。度量值当一路由器有多条路径可到达某一目的网络时，路由协议必须判断其中哪一条是最佳的路径并把它放到路由表中，路由协议会给每一条路径计算出一个数，这个数就是度量值，通常这个值是没有单位的。度量值越小，这条路径越佳。度量值跳数：数据达到目的端口要通过的路由器的个数。滴答数（Ticks）：数据链路的延时（以1/18s为单位）。带宽：数据链路的容量。时延：报文从源端传到目的地的时间长短。负载：网络资源或链路已被使用的部分的大小。可靠性：网络链路的错误比特的比率。5.2.2动态路由协议根据是否在一个自治系统（AutonomousSystem，AS）内部使用，动态路由协议分为内部网关协议（IGP）和外部网关协议（EGP）。这里的自治系统指一个具有统一管理机构、统一路由策略的网络。因特网的路由选择协议•内部网关协议IGP：自治系统内部采用的路由选择协议，具体的协议有多种，如RIP、IGRP