第7章 网络互联技术

7.1 网络互联概念 7.2 网络互联设备 7.3 第三层交换技术

7.1 网络互联概述 网络互联是指利用一定的技术和方法，由一种或多种通信处理设备将两个或两个以上的网络连接起来，以构成一个更大的网络系统的技术，它是解决不同网络之间用户互联、互通的关键技术。 网络互联包括两个方面的内容：一是将多个独立的、小范围的网络连接起来构成一个较大范围的网络；二是将一个节点多、负载重的大网络分解成若干个小网络，再利用互联技术把这些小网络连接起来。

7.1.1网络互联的动力与问题 1.网络互联的动力 推动网络互联技术发展的动力主要来自以下方面: （1）商业需求 （2）新的网络应用不断出现 （3）技术进步 （4）信息高速公路的发展

2.网络互联的目的 在计算机网络的应用中进行网络互联主要有三个目的: （1）突破物理限制，扩大服务范围 （2）提高网络效率，便于网络管理 （3）实现不同网络之间互联互通

3.网络互联的问题 （1）系统标识问题 　 （2）硬件接口设备地址关联问题 （3）业务流跟踪和选路问题

7.1.2网络互联的类型与层次 1.网络互联类型 网络互联的类型有： LAN-LAN ①同种局域网互联 ②异型局域网互联 LAN-WAN LAN-WAN-LAN WAN-WAN

2.网络互联层次 （1）相关概念 互联（Interconnection） 互通（Intercommunication） 互操作（Interoperability） (2)网络互联的层次 网络互联也可以在不同的层次上实现。既可以在物理层实现互联，也可以在数据链路层、网络层以及更高层实现互联。

图7-1 不同层次上实现的网络互联 高层互联 高 层 网络层 数据链路层 物理层 高层互联 数据链路层互联 物理层互联

①物理层互联 物理层互联的设备是中继器（Repeater）。 ②数据链路层互联 　数据链路层互联的设备是网桥（Bridge）。 ③网络层互联。 　网络层互联的设备是路由器（Router）。 ④高层互联。 　传输层及以上各层协议不同的网络之间的互联属于高层互联，实现高层互联的设备是网关（Gateway）。

7.2 网络互联设备 7.2.1 中继器与网桥 1.中继器 中继器是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。 中继器主要是完成物理层的功能，负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制、调整和放大功能，以此延长网络长度。

图7-2 无线信号中继器 图7-2 无线信号中继器

图7-3 隔离型中继器 图7-3 隔离型中继器

网桥（Bridge）也称桥接器，是连接两个局域网的存储转发设备，用它可以完成具有相同或相似体系结构网络系统的连接； 2.网桥 网桥（Bridge）也称桥接器，是连接两个局域网的存储转发设备，用它可以完成具有相同或相似体系结构网络系统的连接； 网桥是数据链路层的连接设备，确切说，它工作在MAC子层上。网桥在两个局域网的数据链路层（DDL）间传送信息。

图7-4 网桥

图7-4 网桥

网桥又可分为两种： （1）透明网桥(transparent bridge) 透明网桥又称生成树网桥。它对用户“完全透明”，在拥有多个LAN的单位用户中使用时，只需把连接插头插入网桥就可以了，不需要任何设置，现有LAN的运行完全不受网桥的任何影响。 （2）源路由选择网桥(source routing) 透明网桥的优点是易于安装，只需插进电缆即可。但是从另一方面来说，这种网桥并没有最佳地利用带宽，因为它们仅仅用到了拓扑结构的一个子集(生成树)。

图7-6连接设备与OSI协议集

（3）两种网桥的比较 透明网桥一般用于连接以太网段； 而源路由选择网桥则一般用于连接令牌环网段。

7.2.2 路由器 路由器是一种典型的网络层设备。它能够将使用相同或不同协议的网段或网络连接起来完成网络层中继或第三层中继的任务。 路由器负责在两个局域网的网络层间传输数据，转发帧时需要改变帧的地址。

图7-7 OSI/RM上的路由器

1.路由器的工作原理 路由器（Router）是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器来完成。 路由器具有判断网络地址和选择路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。 它不关心各子网使用的硬件设备，但要求运行与网络层协议相一致的软件。

路由器分本地路由器和远程路由器。 本地路由器是用来连接网络传输介质的，如：光纤、同轴电缆、双绞线； 远程路由器是用来连接远程传输介质，并要求相应的设备，如：电话线要配调制解调器。 路由器的主要工作是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。

图7-8 工作站A、B之间的路由分布 图7-8 工作站A、B之间的路由分布

2.路由器的类型 （1）从支持网络协议能力的角度，可把路由器分为单协议路由器和多协议路由器。 （2）从工作位置来考虑，路由器可分为访问路由器和边界路由器。

3.路由器的功能 （1）协议转换。路由器可对网络层及以下各层的协议进行转换，实现不同网络间协议转换。 （2）路由选择。当分组从互联网络到达路由器时，路由器能根据分组的目的地址按某种路由策略，选择最佳路由，将分组转发出去，并能随网络拓扑的变化而自动调整路由表。 （3）多种协议的路由选择。路由器与协议有关，不同的路由器有不同的路由器协议，支持不同的网络层协议。

（4）流量控制。路由器不仅具有缓冲能力，而且还能控制收发双方的数据流量，使两者更加匹配。 （5）过滤与隔离。路由器能对网间信息进行过滤，并隔离广播风暴，为网络提供一定的安全性。 （6）分段和组装。当多个网络通过路由器互联时，各网络传输的数据分组的大小可能不同，这就需要路由器对分组进行分段或组装。 （7）网络管理。路由器连接多种网络，网间信息都要通过路由器，在这里对网络中的信息流、设备进行监控和管理是比较方便的。

4.路由选择机制 在路由器的诸多功能中，核心功能就是路由选择。确定路由选择的策略称路由算法。 （1）静态路由选择策略 ①泛射路由选择 4.路由选择机制  在路由器的诸多功能中，核心功能就是路由选择。确定路由选择的策略称路由算法。 （1）静态路由选择策略 ①泛射路由选择 ②固定路由选择 ③随机路由选择

（2）动态路由选择策略 ①独立路由选择 ②集中路由选择 ③分布路由选择

5.IP路由表 （1）IP 路由 TCP/IP 网段由 IP路由器互相连接，IP路由器是从一个网段向其他网段传送IP数据报的设备，这个过程叫做IP路由。 （2）IP路由器 IP路由器都有两个基本特征： ①IP 路由器是多宿主主机。多宿主主机就是用两个或更多网络连接接口连接每个物理分隔网段的网络主机。 ②IP路由器可以对其他 TCP/IP主机转发数据包。

（3）路由表 TCP/IP主机使用路由表维护有关其他IP网络及IP主机的信息。网络和主机用 IP 地址和子网掩码来标识。 　　对于IP网络上的每台计算机，当它准备发送IP数据报时，将自己的IP地址和接收者的目标IP地址插入到IP报头。然后计算机检查目标IP地址，将它与本地维护的IP路由表相比较，根据比较结果执行相应操作。

7.2.3 网关 网关（Gateway）——是一个网络连接到另一个网络的“关口”。 网关将具有不同体系结构的计算机网络连接在一起，在OSI/RM中，它属于应用层设备，连接两个协议差别很大的计算机网络。 网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。比如：有网络A和网络B，网络A的IP地址范围为192.168.1.1～192. 168.1.254，子网掩码为255.255.255.0；网络B的IP地址范围为192.168.2.1～192.168.2.254，子网掩码为255.255.255.0。要实现这两个网络之间的通信，必须通过网关。

7.2.4 互联设备的选择 连网设备的层次关系如图所示：

1.网络互联设备的比较

（1）中继器 （2）网桥 网桥工作在数据链路层，在两个局域网段之间存储、转发数据链路帧。 （3）路由器 路由器适用于大规模的网络和复杂的网络拓扑结构，能实现负载共享和最优路径。 （4）网桥与路由器的比较 网桥一般适用于小型且较简单的网络。

2.网络互联设备的选择 在子网的内部为了隔离冲突域，常常分为若干网段，一般采用网桥或交换机连接。 对于网段来说，若网线长度不够，可以根据情况选择中继器连接。 当网络要和使用其他协议的网络相连时，应考虑用网关进行互连；网关用于连接不同体系结构的网络。 网桥用于连接两个具有相同体系结构的网络；用路由器连接的网络仍保持各自的网络地址；

7.3 第三层交换技术 7.3.1 第三层交换概述 1.第三层交换的原理 　 第三层交换设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单的把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。 ①转发数据封包，如：对IP/IPX封包的转发，这些有规律的过程通过硬件实现； ②使用第三层路由软件，如：对路由信息的更新、路由表的维护、路由的计算、确定等功能，用优化、高效的软件来实现。

2.第三层交换的特点 1）数据交换加速 2）不像传统的外接路由器那样需增加端口，保护了用户的投资。 3）比相同路由器的价格低很多。 第三层交换机也称为“交换路由器”。

7.3.2 第三层交换技术产品及应用 1.第三层交换产品分类 分为纯硬件和纯软件两大类。 （1）纯硬件的第三层技术相对来说技术复杂，成本高，但是速度快，性能好，带负载能力强。 （2）基于软件的第三层交换机技术较简单，但速度较慢，不适合主干网络。

2.典型的第三层交换产品 　华为3COM 交换机LS-3526：

D-LINK DES-3326 交换机如图所示：

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