第11讲网络互连设备课件.ppt

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1、第十一讲第十一讲 网络互连设备网络互连设备5.3 网络互连设备v网桥（网桥（Bridge）v路由器（路由器（Router）v网关（网关（Gateway）2网桥（Bridge）v网桥工作在数据链路层，将两个局域网（网桥工作在数据链路层，将两个局域网（LAN）连起来，根据连起来，根据MAC地址来转发帧。地址来转发帧。v网桥的功能网桥的功能 n将一个负载过重的网络分割成若干段。将一个负载过重的网络分割成若干段。n延伸网络的距离延伸网络的距离.3网桥(bridge)HUBHUBHUB冲突域冲突域1冲突域冲突域2冲突域冲突域310BASE-T100BASE-TBridge 10BASE-T允许允许LAN

2、段间通信，但保持各冲突域的独立；段间通信，但保持各冲突域的独立；能互连不同的能互连不同的LAN技术技术理论上说用网桥建立多大的理论上说用网桥建立多大的LAN没有限制；没有限制；4网桥的分类v按网桥所处的位置可分为内桥和外桥两种。按网桥所处的位置可分为内桥和外桥两种。n内桥是文件服务器的一部分。内桥是文件服务器的一部分。n外桥一般是专用的硬件网桥设备。外桥一般是专用的硬件网桥设备。v按网桥分布的地理位置可以分为本地网桥和远程按网桥分布的地理位置可以分为本地网桥和远程网桥。网桥。n本地网桥用于连接相邻的局域网段。本地网桥用于连接相邻的局域网段。n当两个分布在不同地理位置的两个网段需要连接时，当两个

3、分布在不同地理位置的两个网段需要连接时，需要在每个网段安装远程网桥。需要在每个网段安装远程网桥。n对本地网桥而言，诸如带宽、效率等性能比较重要，对本地网桥而言，诸如带宽、效率等性能比较重要，而对远程网桥而言，拓延其物理范围是主要目的而对远程网桥而言，拓延其物理范围是主要目的.5网桥的分类v按网桥的功能可分为透明网桥和源路由网桥。按网桥的功能可分为透明网桥和源路由网桥。n透明网桥是一种不需要改动硬件和软件，无需装入路透明网桥是一种不需要改动硬件和软件，无需装入路由表或参数。由表或参数。n源路由选择网桥。源路由选择的核心思想是假定每个源路由选择网桥。源路由选择的核心思想是假定每个帧的发送者都知道通

4、往目的地的路由帧的发送者都知道通往目的地的路由.6网桥的工作原理n接收所有的帧；n查询地址/端口对应表来确定是丢弃还是转发；n采用洪泛（flooding）方法转发帧；n采用 逆向学习（backward learning）算法收集MAC地址。n地址/端口对应表不断更新.7网桥的特点(1)能延伸网络的距离并能隔离网段，缩小了冲突域。能延伸网络的距离并能隔离网段，缩小了冲突域。(2)网桥可以互联传输介质不同、介质访问控制方式网桥可以互联传输介质不同、介质访问控制方式不同的网络。不同的网络。(3)网桥不能隔离广播。网桥不能隔离广播。(4)网桥没有路由功能。网桥没有路由功能。8路由器（Router）v所

5、谓所谓“路由路由”，是指把数据从一个地方传送到另，是指把数据从一个地方传送到另一个地方的行为和动作。而路由器，正是执行这一个地方的行为和动作。而路由器，正是执行这种行为动作的设备。种行为动作的设备。v路由器是实现网络互联的设备，作用于物理层、路由器是实现网络互联的设备，作用于物理层、数据链路层和网络层。数据链路层和网络层。9路由器功能 v网络互连。主要用于互连局域网和广域网。网络互连。主要用于互连局域网和广域网。v判断网络地址和选择网络路径的功能。判断网络地址和选择网络路径的功能。v避免广播风暴。避免广播风暴。v网络管理。路由器提供包括配置管理、性能管理、容网络管理。路由器提供包括配置管理、性

6、能管理、容错管理和流量控制等功能错管理和流量控制等功能10路由表v保存着各种传输路径的相关数据保存着各种传输路径的相关数据 路由表。路由表。v路由最主要内容：目的网络地址，下一跳地址路由最主要内容：目的网络地址，下一跳地址v路由表有以下两种类型：路由表有以下两种类型：n静态路由表：事先设置静态路由表：事先设置n动态路由表：动态生成动态路由表：动态生成11 网 110.0.0.0 网 440.0.0.0 网 330.0.0.0 网 220.0.0.010.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.7目的主机所在的网络下一跳路由器的地址20.0.0.030.0.0.0

7、10.0.0.040.0.0.020.0.0.730.0.0.1直接交付，接口 1直接交付，接口 0路由器 R2 的路由表30.0.0.110.0.0.440.0.0.430.0.0.220.0.0.920.0.0.730.0.0.1链路 4链路 3链路 2链路 1R2R3R101R2R3R112网关（Gateway）v高层互联是指在传输层以上实现网络互连。高层互联是指在传输层以上实现网络互连。v网关，又称协议转换器，是互连网络中操作在网关，又称协议转换器，是互连网络中操作在OSI/RM模型中的网络层以上的具有协议转换功模型中的网络层以上的具有协议转换功能设施。能设施。v网关用于异构网络的互连

8、。网关用于异构网络的互连。v网关可以设在服务器、微机或大型机上。网关可以设在服务器、微机或大型机上。13网关的功能 v完成互联网络间协议的转化。完成互联网络间协议的转化。v完成报文的存储转发和流量控制。完成报文的存储转发和流量控制。v完成应用层的互通及互联网间网络管理功能。完成应用层的互通及互联网间网络管理功能。v提供虚电路接口及相应的服务。提供虚电路接口及相应的服务。14网关的分类 v按照网关的功能，可以将网关分为三类：按照网关的功能，可以将网关分为三类：n协议网关。协议网关。n应用网关。应用网关。n安全网关。安全网关。155.4 广域网及相关技术广域网及相关技术v广域网的概念广域网的概念

9、n广域网是将地理位置上相距较远的多个计算机系统，通广域网是将地理位置上相距较远的多个计算机系统，通过通信线路按照网络协议连接起来，实现计算机之间相过通信线路按照网络协议连接起来，实现计算机之间相互通信的计算机系统的集合。互通信的计算机系统的集合。n广域网由交换机、路由器、网关、调制解调器等多种数广域网由交换机、路由器、网关、调制解调器等多种数据交换设备、数据连接设备构成。据交换设备、数据连接设备构成。16广域网的类型 v电路交换网电路交换网n电路交换网是面向连接的网络。电路交换网是面向连接的网络。v分组交换网分组交换网n分组交换网使用无连接的服务，系统中任意两个节点分组交换网使用无连接的服务，

10、系统中任意两个节点之间被建立起来的是虚电路。之间被建立起来的是虚电路。v专用线路网专用线路网n专用线路网是指两个节点之间建立一个安全永久的信专用线路网是指两个节点之间建立一个安全永久的信道。道。17广域网与局域网的比较 v作用范围作用范围v结构结构n局域网的结构单一。局域网的结构单一。n广域网由众多异构、不同协议的局域网连接而成。广域网由众多异构、不同协议的局域网连接而成。v通信方式通信方式n局域网多数采用广播式的通信方式，采用数字基带传局域网多数采用广播式的通信方式，采用数字基带传输。输。n广域网通常采用分组点到点的通信方式，模拟传输方广域网通常采用分组点到点的通信方式，模拟传输方式为主。式

11、为主。18广域网与局域网的比较v通信管理通信管理n局域网信息传输的时延小、抖动也小局域网信息传输的时延小、抖动也小、线路的稳定性比线路的稳定性比较好，管理比较简单。较好，管理比较简单。n在广域网中，由于传输的时延大、抖动大，线路稳定性在广域网中，由于传输的时延大、抖动大，线路稳定性比较差，设备多样，通信协议种类繁多，管理复杂。比较差，设备多样，通信协议种类繁多，管理复杂。v通信速率通信速率n局域网的信息传输速率比较高，一般能达到局域网的信息传输速率比较高，一般能达到10Mbps、100Mbps，1Gbps，10Gbps。传输误码率比较低。传输误码率比较低。n在广域网中，传输速率不等，高的可达在

12、广域网中，传输速率不等，高的可达Gbps，低的有，低的有Kbps。误码率高。误码率高。19点到点数据链路层协议（PPP）v点到点数据链路层协议（点到点数据链路层协议（Point-to-Point Protocol，PPP）为基于点到点连接的多协议自寻址数据包的传）为基于点到点连接的多协议自寻址数据包的传输提供了一个标准方法。输提供了一个标准方法。vPPP协议包含以下几个部分：协议包含以下几个部分：n链路控制协议（链路控制协议（Link Control Protocol，LCP）。）。n网络控制协议（网络控制协议（Network Control Protocol，NCP）。）。n认证协议认证协议

13、口令验证协议口令验证协议PAP（Password Authentication Protocol）挑战握手验证协议挑战握手验证协议CHAP（Challenge-Handshake Authentication Protocol）。）。20PPP的不同实现v家庭拨号上网。家庭拨号上网。v宽带接入也是通过宽带接入也是通过PPP协议来建立连接的。协议来建立连接的。v典型的典型的ADSL接入方式当中，接入方式当中，PPP与其他的协议与其他的协议共同派生的新协议：共同派生的新协议：nPPPoE（PPP over Ethernet）nPPPoA（PPP over ATM）。）。21广域网的路由技术v内部网

14、关协议内部网关协议 IGP(Interior Gateway Protocol)即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。即在一个自治系统内部使用的路由选择协议。nRIP（Routing Information Protocol）n OSPF(Open Shortest Path First)v外部网关协议外部网关协议EGP(External Gateway Protocol)源站和目的站处在不同的自治系统中。源站和目的站处在不同的自治系统中。n BGP-4。22R1H1H2内部网关协议IGP（例如，RIP）自治系统 A自治系统 B自治系统 CIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIGPIG

15、PIGPIGPIGPEGPEGPEGP内部网关协议IGP（例如，OSPF）外部网关协议EGP（例如，BGP-4）IGPR3R2内部网关协议、外部网关协议 23内部网关协议 RIPv工作原理工作原理nRIP 是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。是一种分布式的基于距离向量的路由选择协议。nRIP 协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己协议要求网络中的每一个路由器都要维护从它自己到其他每一个目的网络的距离记录。到其他每一个目的网络的距离记录。24“距离”的定义 v从一路由器到直接连接的网络的距离定义为从一路由器到直接连接的网络的距离定义为 1。v从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为

16、从一个路由器到非直接连接的网络的距离定义为所经过的路由器数加所经过的路由器数加 1。vRIP 协议中的协议中的“距离距离”也称为也称为“跳数跳数”(hop count)。25“距离”的定义 vRIP 通过的路由器的数目通过的路由器的数目越越少少越好越好，即，即“距离短距离短”。v一条路径最多只能包含一条路径最多只能包含 15 个路由器。个路由器。v“距离距离”的最大值为的最大值为16 时即相当于不可达。时即相当于不可达。vRIP 不能在两个网络之间同时使用多条路由。不能在两个网络之间同时使用多条路由。26RIP 协议的三个要点 v仅和相邻路由器交换信息。仅和相邻路由器交换信息。v交换的信息是当

17、前本路由器所知道的全部信息。交换的信息是当前本路由器所知道的全部信息。v按固定的时间间隔交换路由信息。按固定的时间间隔交换路由信息。27RIP 协议的优缺点 v当网络出现故障时，要经过当网络出现故障时，要经过化较长化较长时间时间恢复恢复。v实现简单，开销较小。实现简单，开销较小。vRIP 限制了网络的规模。限制了网络的规模。28内部网关协议 OSPFvOSPF 协议的基本特点协议的基本特点n“开放开放”表明表明 OSPF 协议不是受某一家厂商控制。协议不是受某一家厂商控制。n采用采用了了 Dijkstra 提出的最短路径算法提出的最短路径算法SPFn是分布式的链路状态协议。是分布式的链路状态协

18、议。29OSPF 的区域(area)vOSPF 将一个自治系统划分为若干个更小的范围，将一个自治系统划分为若干个更小的范围，叫作区域。叫作区域。v每一个区域都有一个每一个区域都有一个 32 bit 的区域标识符。的区域标识符。v区域也不能太大，不超过区域也不能太大，不超过 200 个。个。30外部网关协议 BGPvBGP 是不同自治系统的路由器之间交换路由信息是不同自治系统的路由器之间交换路由信息的协议。的协议。vBGP 只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比只能是力求寻找一条能够到达目的网络且比较好的路由，并非最佳路由较好的路由，并非最佳路由。v每一个自治系统要选择至少一个路由器作为该自每一

19、个自治系统要选择至少一个路由器作为该自治系统的治系统的“BGP 发言人发言人”。vBGP 发言人往往就是发言人往往就是 BGP 边界路由器。边界路由器。v交换路由信息交换路由信息由由 TCP 连接连接之上的之上的会话会话(session)完成完成 31BGP 发言人和自治系统 AS 的关系 BGP 发言人BGP发言人BGP 发言人BGP 发言人BGP发言人AS1AS3AS2AS5AS4325.5 典型的广域网v数字数据网数字数据网DDN v公用电话交换网公用电话交换网v宽带广域网宽带广域网IP over DWDM/WDM。33数字数据网DDNvDDN是数字数据网是数字数据网Digital Da

20、ta Network的英的英文简称，是利用数字信道传输数据信号的数据传文简称，是利用数字信道传输数据信号的数据传输网。输网。34公用电话交换网公用电话交换网v公用电话交换网（公用电话交换网（Public Switch Telephone Network，PSTN），是一种用于全球语音通信），是一种用于全球语音通信的电路交换网络，是目前世界上最大的网络的电路交换网络，是目前世界上最大的网络。355.6 VPN技术和网络地址转换NAT vVPN技术技术n虚拟专用网（虚拟专用网（Virtual Private Network，VPN）是通过一个公用网络（通常是因特网）建立一个临时的、是通过一个公用网

21、络（通常是因特网）建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定的隧道。的隧道。n它可以帮助远程用户、公司分支机构、商业伙伴及供应它可以帮助远程用户、公司分支机构、商业伙伴及供应商同公司的内部网建立可信的安全连接，并保证数据的商同公司的内部网建立可信的安全连接，并保证数据的安全传输。安全传输。36X10.1.0.1用隧道技术实现虚拟专用网 部门 A因特网部门 BR1R2隧道125.1.2.3194.4.5.6Y10.2.0.3使用隧道技术加密的从 X 到 Y 的内部数据报外部数据报的数据部分源地址：125.1.2.3目的地址：1

22、94.4.5.6数据报首部部门 A部门 BXYR1R2125.1.2.3194.4.5.610.1.0.110.2.0.3虚拟专用网 VPN37 IP-VPN主要技术vL2TP-第二层隧道协议第二层隧道协议n在包交换网络中封装在包交换网络中封装 PPP帧。帧。vIPSec-IP安全协议安全协议nIPSec属于第三层隧道协议属于第三层隧道协议，在在IP层提供访问控制、层提供访问控制、无连接的完整性、数据来源验证、防重放保护、加密无连接的完整性、数据来源验证、防重放保护、加密以及数据流分类加密等服务。以及数据流分类加密等服务。vGRE协议协议-通用路由封装通用路由封装nGRE协议属于第三层隧道协议

23、，规定了如何用一种协议属于第三层隧道协议，规定了如何用一种网网络协议络协议去封装另一种网络协议的方法。去封装另一种网络协议的方法。vMPLS协议协议-多协议标签交换多协议标签交换nMPLS协议是在协议是在IP路由和控制协议的基础上，提供面路由和控制协议的基础上，提供面向连接的交换。向连接的交换。38网络地址转换NATv本地地址本地地址仅在机构内部使用的仅在机构内部使用的 IP 地址。地址。v全球地址全球地址全球惟一的全球惟一的IP地址，必须申请。地址，必须申请。v网络地址转换网络地址转换(Network Address Translation,NAT)，负责将其内部的，负责将其内部的IP地址转

24、换为全球地址转换为全球IP地址进地址进行通信。行通信。395.7 IPv6下一代网际协议 vIPV4的局限性的局限性nIP地址资源不够用；地址资源不够用；n路由表越来越大，路由速度越来越慢；路由表越来越大，路由速度越来越慢；v要解决要解决 IP 地址耗尽问题的措施：地址耗尽问题的措施：n采用无类别编址采用无类别编址 CIDR，使，使 IP 地址的分配更加合理。地址的分配更加合理。n采用网络地址转换采用网络地址转换 NAT方法以节省全球方法以节省全球 IP 地址。地址。n采用具有更大地址空间的新版本的采用具有更大地址空间的新版本的 IP 协议协议 IPv640IPv6地址格式vIPv6 将将 1

25、28 bit 地址空间分为两大部分。地址空间分为两大部分。n第一部分是可变长度的类型前缀，它定义了地址的目的。第一部分是可变长度的类型前缀，它定义了地址的目的。n第二部分是地址的其余部分，其长度也是可变的。第二部分是地址的其余部分，其长度也是可变的。41IPv6地址的冒号十六进制记法v每每 16 bit 的值用十六进制值表示，各值之间用冒的值用十六进制值表示，各值之间用冒号分隔。号分隔。n68E6:8C64:FFFF:FFFF:0:1180:960A:FFFFvIPV6可以用以下规则进行缩写：可以用以下规则进行缩写：n全为全为0的一组数可以用一个的一组数可以用一个0来表示。来表示。n在各组中高位为在各组中高位为0的可以省略。的可以省略。n连续几个为连续几个为0的组可以用两个的组可以用两个“：”表示。表示。v地址地址FF05:0:0:0:0:0:0:00B3 可以写成：可以写成：FF05:B3 42本讲小结网络互连的基本概念网络互连的基本概念Internet网际协议网际协议IP网络互连设备网络互连设备广域网及相关技术广域网及相关技术典型的广域网典型的广域网VPN技术和网络地址转换技术和网络地址转换NATIPv6下一代网际协议下一代网际协议