網絡技術基礎(六)網絡互連技術

零.簡介

1.網絡互連的核心是網絡之間的硬件鏈接和網間互連協議，掌握網絡互連的基本知識是進一步深刻學習網絡應用技術的前提。

 

一.簡介

1.網絡互連的含義：網絡互連是指將分佈在不一樣地理位置、使用不一樣數據鏈路層協議的單個網絡經過網絡互連設備進行鏈接，使之成爲一個更大規模的互連網絡系統。網絡互連的目的是使處於不一樣網絡上的用戶間可以相互通訊和相互交流，以實現更大範圍的數據通訊和資源共享。

2.網絡互連的優勢：(1).擴大資源共享的範圍；(2).提升網絡的性能；(3).下降連網的成本；(4).提升網絡的安全性；(5).提升網絡的可靠性。

3.網絡互連的要求：(1).能爲不一樣子網之間的通訊提供路徑選擇和數據交換功能。(2).在不修改互連在一塊兒的各網絡原有結構和協議的基礎上，可以利用網間互連設備來協調和適配各個網絡之間的差別。(3).應考慮虛擬網絡的劃分、不一樣子網的差錯恢復機制對全網的影響、不一樣子網的用戶接入限制以及經過互連設備對網絡的流量控制等問題。(4).儘可能避免爲提升網絡之間的傳輸性能而影響各個子網內部的傳輸功能和傳輸性能。

 

二.網絡互連的類型和層次 

1.網絡互連的類型：(1).局域網(LAN)-局域網(LAN)；(2).局域網(LAN)-廣域網(WAN)；(3).局域網(LAN)-廣域網(WAN)-局域網(LAN)；(4).廣域網(WAN)-廣域網(WAN)。

2.網絡互連的層次：根據OSI參考模型的層次劃分，網絡協議分別屬於不一樣的層次。所以網絡互連必定存在着互連層次的問題。根據網絡層次結構模型，網絡互連的層次能夠作以下劃分：(1).物理層使用中繼器進⾏互連；(2).數據鏈路層使用網橋進行互連；(3).網絡層使用路由器進行互連；(4).高層使用網關進行互連。

 

三.典型網絡互連設備

1.典型網絡互連設備：網絡互連的目的是爲了實現網絡間的通訊和更大範圍的資源共享，可是不一樣的網絡所使用的通訊協議每每也不相同。所以，網絡間的通訊必需要依靠一箇中間設備來進行協議轉換，這種轉換既能夠由軟件來實現，也能夠由硬件來實現。完成不一樣協議間轉換的硬件設備被稱爲網絡互連設備。網絡互連的方式有多種，相應的網絡互連設備也不相同。經常使用的網絡互連設備有中繼器、網橋、路由器和網關等。

2.中繼器：中繼器(Repeater)是最簡單的網絡設備，它工做在OSI參考模型的最低層——物理層，經常使用於兩個網絡結點之間物理信號的雙向轉發工做。中繼器在數據信號傳輸過程中只起到一個放大電信號、延伸傳輸介質、將一個網絡的範圍擴大的做用，它並不具有檢錯和糾錯的功能。中繼器既可用於鏈接相同傳輸介質的局域網，也可用於鏈接不一樣傳輸介質的局域網。

3.集線器：集線器(Hub)是一種特殊的中繼器，多端口，用於鏈接雙絞線介質或光纖介質以太網系統，是組成10Base-T、100Base-T或10Base-F、100Base-F以太網的核心設備。無源HUB的功能是隻負責將多段傳輸媒體連在一塊兒，⽽不對信號自己做任何處理。有源HUB和無源HUB類似，但它還具備信號放大、延伸網段的做用。智能HUB除具備有源HUB的所有功能外，還將網絡的不少功能集成到HUB中。

4.網橋：(1).當網橋收到一個數據幀後，首先將其傳送到數據鏈路層進行分析和差錯校驗，根據該數據幀的MAC地址段來決定是刪除這個幀仍是轉發這個幀。若是發送方和接收方處於同一個物理網絡，網橋則將該數據幀刪除；若是發送方和接收方處於不一樣的物理網絡，網橋則進行路徑選擇，經過物理層傳輸機制和指定的路徑將該幀轉發到目的局域網。

(2).網橋可實現不一樣結構、不一樣類型局域網絡的互連，並在不一樣的局域網之間提供轉換功能。而中繼器只能實現同類局域網的互連。網橋或以隔離衝突域，所以能夠增大網絡跨徑，而用中繼器互連的網絡跨徑受到衝突域大小的約束。

(3).網橋具備隔離錯誤信息，保證網絡安全的做用。而中繼器只能做爲數字信號的整形放大器，並不具有檢錯、糾錯功能。

(4).能夠根據網橋的不一樣特色對網橋的種類進行多種形式的劃分：(a).根據網橋鏈接的範圍分爲本地網橋和遠程網橋；(b).根據網橋是運行在服務器上仍是做爲服務器外的一個單獨的物理設備可分爲內橋和外橋；(c).根據網橋路徑選擇的方法分爲透明網橋和源路由網橋。

5.網關：(1).網關是讓兩個不一樣類型的網絡可以互相通訊的硬件或軟件。網關工做在OSI參考模型的傳輸層至應用層。網關是實現應用系統級網絡互連的設備，它既但是一個專用設備，也能夠用計算機做爲硬件平臺，由軟件實現其功能。網關通常用於不一樣類型、不一樣協議、差異較⼤的網絡系統之間的互連。

(2).網關在不少狀況下是與特定的服務一一對應。換句話說，網關老是針對某種特定的應用，通用型網關是根本不存在的。

(3).網關的主要功能是完成傳輸層以上的協議轉換，通常有傳輸層網關和應用程序網關兩種。網關既能夠是一個專用設備，也能夠用計算機做爲硬件平臺，由軟件實現其功能。

6.路由器：(1).路由器工做在OSI參考模型的網絡層，屬於網絡層的一種互連設備。通常說來，異種網絡互連和多個子網互連都是採用路由器完成的。所謂「路由」，是指將數據包從一個網張送到另外一個網絡的路徑信息。路由的完成離不開兩個最基本的步驟：一是選擇合適的路徑，二是數據包轉發。

(2).路由器的主要工做就是爲通過路由器的每一個數據包尋找一條最佳傳輸路徑，並將該數據包有效地傳送到目的站點。所以選擇最佳路徑的策略，即路由算法，是路由器的關鍵所在。

(3).爲了路由選擇這項工做，在路由器中保存着各類傳輸路徑的相關數據——路由表，供路由選擇時使用。路由表是路由器選擇路徑的基礎，表中保存着子網的標誌信息、網上路由器的個數以及下一個路由器的地址等內容。路由表通常包括兩個部分：(a).靜態路由：由系統管理員設置，並不隨網絡結構的變化而改變。(b).動態路由：依照路由選擇算法，根據網絡結構的狀況隨時調整，自動計算數據傳輸的最佳路徑。

(4).路由器的另外一個重要功能是完成對數據包的傳送。網絡上各種信息的傳送都是以數據包爲單位進行的。數據包中除了包括要傳送的數據信息外，還包括要傳送信息的目的地址。當一個路由器收到數據包時，將根據數據包中的目的地址查找路由表，並根據查找的結果將此數據包傳到對應端口。下一個路由器收到此數據包後繼續轉發，直至到達目的地。一般狀況下，爲每個遠程網絡都創建一條路由表是不現實的，爲了簡化路由表，通常還要在網絡上設置一個默認路由器。一旦在路由表中找不到目的地址所對應的路由器，就將該數據包交給網絡的默認路由器來完成下一級的路由選擇。

(5).路由器的另外一個重要功能是充當數據包的過濾器，它未來自其它網絡的不須要的數據包阻擋在網絡以外，從而有效地減小了網絡之間的通訊量，提升了網絡的利用率。

 

四.路由協議

1.路由算法和路由協議：路由器使用路由選擇算法來決定到達某一目的網絡的最佳路徑。路由選擇算法根據其收集到的網絡信息，按照本身的標準選擇出最佳路由寫入路由表，並根據網絡狀況的變化維護和更新路由表。路由協議就是指實現路由選擇算法的協議。常⽤的路由協議有RIP、OSPF、BGP等。

2.路由協議的分類：由一個ISP運營的網絡稱爲一個自治域。自治域是一個具備統一管理機構、統一路由策略的網絡。根據是否在一個自治域內部使用，路由協議又有內部網關協議IGP和外部網關協議EGP之分。RIP和OSPF是自治域內部使用的路由協議，屬於IGP，而BGP是多個自治域之間的路由協議，屬於EGP。

3.路由信息協議RIP：

(1).RIP採用距離矢量算法，即路由器根據距離選擇路由。RIP經過UDP報文交換路由信息，每隔30秒向外發送一次更新報文。若是路由器通過180秒沒有收到更新報文，則未來自全部其它路由器的路由信息標記爲不可達。若在其後的120秒內仍未收到更新報文，就將這些路由從路由表中刪除。

(2).RIP使用跳數來衡量到達目的地的距離，稱爲路由權。在RIP中，路由器到與之直接鏈接的網絡的跳數爲0，經過1個路由器可達的網絡的跳數爲1,其他依此類推。爲限制收斂時間，RIP規定跳數的取值是0～15的整數，⼤於或等於16的跳數被定義爲無窮大，即目的網絡或主機不可達。

(3).RIP有RIPv1和RIPv2兩個版本。RIP2支持明文認證和MD5認證，並支持變長子網掩碼。爲了提升性能，防止產生路由環路，RIP支持水平分割、毒性逆轉，並採用了觸發更新機制。每一個運行RIP的路由器管理一個路由數據庫，該路由數據庫包含了到網絡全部可達目的地的一個路由項。

(4).RIP路由數據庫中的路由項包含下列信息：(a).目的地址：主機或網絡的地址；(b).下一跳地址：爲到達目的地，本路由器要通過的下一個路由器地址；(c).接口：轉發報文的接口；(d).路由權值：本路由器到達目的地的開銷；(e).定時器：該路由項最後一次被修改的時間；(f).路由標記：區分該路由爲內部路由協議路由仍是外部路由協議路由的標記。

(5).雖然RIP簡單、可靠、易於配置，但還有較大的侷限性。(a).支持的網絡規模有限。RIP最多支持15跳，任何超過15跳的目的地均被標記爲不可到達。並且RIP每隔30秒一次的路由信息廣播也會佔用網絡帶寬。(b).依據固定度量計算路由。RIP只以跳數做爲評價路由優劣的標準，而不考慮其它影響網絡性能的因素。

4.開放式最短路徑優先協議OSPF：OSPF是一種基於鏈路狀態的路由協議，它須要每一個路由器向其同一管理域的全部其它路由器發送鏈路狀態廣播信息，包括全部接口信息、量度和其它一些變量等。利用OSPF的路由器首先必須收集有關的鏈路狀態信息，並根據必定的路由選擇算法計算出到達每一個網絡的最短路徑。

(1).OSPF能夠將一個自治域再劃分爲區，以簡化路由管理，提升網絡性能。

5.邊界網關協議BGP：BGP是一種不一樣自治域的路由器之間進行通訊的外部網關協議。BGP既不是基於純粹的鏈路狀態算法，也不是基於純粹的距離矢量算法。其主要功能是與其它自治域的BGP交換網絡可達信息，各個自治域能夠運行不一樣的內部網關協議。

(1).BGP與RIP和OSPF的主要區別在於：BGP使用TCP做爲傳輸層協議，兩個運行BGP的系統之間首先創建一條TCP鏈接，而後交換整個BGP路由表。一旦路由表發生變化，就發送BGP更新信息。這些更新信息經過TCP傳送出去，以保證傳輸的可靠性。

(2).從本質上講，BGP仍是一個距離矢量協議。與RIP不一樣的是，RIP使用跳數來衡量到達目的地的距離，BGP則詳細地列出了到每一個目的網絡的路由。避免了一些距離矢量協議中存在的問題，在實際應用中獲得了普遍的使用。

 

五.路由器的基本配置

1.詳見具體路由器說明書。