第六章 网络互联及设备

主要内容：

互连设备
网络路由

一、互联设备
中继器（repeater）

网桥（bridge）

交换机

路由器（router）

网关（gateway）

二、网络互连概述

1、网络互连需求
扩大资源共享范围
实现分布式网络计算（多方合作设计）
部署大范围的应用（文档管理，email通信）
2、网络连接设备
网络内部连接－网络设备
网际连接－互联设备：LAN－LAN、LAN－WAN

3、网络互连的原则

对原有网络的硬件和软件或者网络结构和协议不应作太大的修改。
执行网络互连的部件应当具有协调子网不同特性的能力。例如：编址方案、分组大小、访问机制和协议转换等。
不应为提高网络之间传输的性能而影响各个子网内部的传输功能和性能。

4、网络互连因素考虑



5、连接设备



6、网络设备V.S OSI层次模型



三、中继器－Repeater(Hub)

目的：延伸网段。

过程：信号（含噪声）的接收和整形。

形式：电缆延伸、光电转换等。

特点：通过转发器互连的设备处于同一广播域。







四、网桥－Bridge

目的：实现子网内冲突域的划分，不同子网之间的互连
功能：网络层以下协议转换，帧格式转换，速率匹配，地址过滤，差错处理，存储转发
特点：工作于数据链路层，可以连接不同的网络





1、分类

简单网桥：地址表全部由人工输入。
透明网桥(transparentbridge)或生成树网桥(spanningtree bridge)：全自动工作模式，对终端完全透明
源路由网桥(sourcerouting)：对终端不透明，由终端进行路由的发现
2、透明网桥：

     地址学习－逆向学习法(backwardlearning)：地址广播，地址学习，地址查找，地址表更新

   透明网桥－环路处理





网桥环路的产生：管理出错、多个网桥增加冗余链路，增加可靠性
环路的特点：引起站点之间有多条通路、造成地址映射表冲突、可能引起分组循环
环路的处理：LAN网络抽象——〉图的处理，生成树（spanning tree）算法，所产生的生成树是覆盖所有节点的无环子图。

生成树算法原理
网桥具有网桥标识和端口（网段）编号；端口可设置“转发”、“阻塞” 状态。
选择一网桥作为树根，①根网桥（指定或最小地址的桥）周期性（1-4s）发出Hello广播报文；②所有网桥记录并转发该报文；③多个桥向同一网段转发该报文时，小地址桥的端口置为“转发”状态，其它桥的相应端口可置为“阻塞（不转发）”；
④保证每个网段都（仅）有一个桥（端口）负责转发； ⑤当同一桥的多个端口冲突时，阻塞编号较高的端口。⑥最终形成一个面向根节点（根网桥）的转发非循环树。

五、交换机

1、 交换机是特殊的网桥
交换机连接同构的网段（子网）
独享带宽  划分冲突域

2、交换机-VLAN

目的：将不同物理网段上的节点划分为逻辑工作组
特点：方便节点的移动、增加和删除
划分方法：按照交换机端口进行划分、按照主机MAC地址进行划分、按照主机IP地址进行划分



VLAN之间的通信由路由器或者具有三层交换功能的交换机完成。
三层交换机功能：是指具有路由功能的交换机，互联同构子网或网段，不需进行协议转换，是一种简化的路由器。
三层交换机的特点：保持两层交换机的灵活性，同时通过硬件完成路由和交换功能，支持高速处理。

六、路由器——Router

1、功能

网络内子网之间的互连
同构(异构)网络之间的互连形成广域网
运行路由算法/协议(RIP,OSPF, BGP)
在输入链路到输出链路之间交换数据包
工作于网络层
访问控制
网络管理

2、路由处理

3、路由协议
静态路由

静态路由是在路由器中设置的固定的路由表。
由于静态路由不能对网络的改变作出反映，一般用于网络规模不大、拓扑结构固定的网络中。
静态路由的优点是简单、高效、可靠。

动态路由

动态路由是路由器之间动态地传递路由信息，不断更新路由表的过程。
它能实时地适应网络结构的变化，通过路由算法，更新各自的路由表以动态地反映网络拓扑变化。
动态路由适用于网络规模大、网络拓扑复杂的网络。当然，各种动态路由协议会不同程度地占用网络带宽和CPU资源。

RIP－距离向量协议（IGP）
OSPF－链路状态协议（IGP）
BGP－边界网关路由协议（EGP）

静态路由与动态路由优先级

在所有的路由中，静态路由优先级最高，当动态路由与静态路由发生冲突时，以静态路由为准。
网络中动态路由通常作为静态路由的补充，当分组被路由时，路由器首先查找静态路由，如果查到则根据相应的静态路由转发分组；否则再查找动态路由。

动态路由产生（D_routing）
Routing protocol：Network  info.
routing algorithm：（Use network info、Create routes）ShortestPath Routing 、DistanceVector Routing (Bellman-Ford) 
        


4、路由行为－how
寻径: 即判定到达目的地的最佳路径，由路由协议和选择算法来实现，本过程产生路由表。
转发（forward）: 即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何将分组发送到下一个站点（路由器或主机）。

七、网关－Gateway

功能
高层协议的转换



八、路由协议



1、RIP（Route information protocol）Rfc2453（ripv2）(for small & middlenetwork<16hops)
Algorithm：distancevector algorithm
Procedure:

Every30 seconds, the RIP process is awakened to send an unsolicited  Response message containing the completerouting table to every neighboring router.
Comparethe resulting update distances with the current routing table entries. 
Ifthe new resulting distance is smaller than the existing value, adopt the newroute.
Ifthe updater is the router from which the existing route came, i.e.,  then use the new metric even if it is larger than the old one.

Problem: two routers have routes pointing at each other . The two solutions asfollowing:

"splithorizon with poisoned reverse"

"Split horizon" is a  schemefor avoiding problems caused by including routes in updates  sent to the router from which they werelearned.
“Splithorizon with poisoned reverse“  includes such routes in updates, but setstheir metrics to infinity（i.eroute=infinity in undates）.

"triggeredupdates"

“Split horizon with poisoned reverse” will prevent any routingloops  that involve only tworouters.  However, it is still possibleto end up with patterns in which three routers are engaged
in mutual deception.
To get triggered updates, we simplyadd a rule that whenever a router changes the  metric for a route, it is required to send update messages almost  immediately, even if it is not yet time
forone of the regular update  message. 

2、OSPF(openshortest path first)(rfc2328)
OSPFis classified as an  Interior GatewayProtocol (IGP). Thismeans that it distributes routing information between routers belonging to asingle Autonomous System. 
The OSPF protocol is based on link-state orSPF technology.
Basedon shortest path algorithm to compute the required route .
Everyentity(router) has the complete route information data base isolated from otherareas.
3、BGP
自治系统间的协议
距离向量路由协议和链路状态路由协议不适合
支持管理策略的路径向量协议，关注的是可达性
采用TCP可靠协议进行分组的交换
RIP采用UDP，度量采用跳数Hops，端口：520
OSPF直接封装在IP里，度量为带宽