計(jì)算機(jī)四級(jí)《網(wǎng)絡(luò)工程師》知識(shí)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)

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第5章　網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)

　　一、局域網(wǎng)互連

　　1、網(wǎng)絡(luò)互連的目的:是將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)互相連接，以實(shí)現(xiàn)在更大范圍內(nèi)的信息交換資源共享和協(xié)同工作。

　　2、局域網(wǎng)互連方式:從距離上分有本地局域網(wǎng)互連和遠(yuǎn)程局域網(wǎng)互連即LAN-LAN和LAN-WAN-LAN;從互連所采用的介質(zhì)區(qū)分，有同軸細(xì)纜或粗纜(coaxial cable)、各類(lèi)非屏蔽雙絞線UTP(Unshielded Twisted pair)和屏蔽雙絞線STP(shielded Twisted pair)、單模或多模光纖等(optical fiber)連接方式。

　　3、局域網(wǎng)互連劃分:

　　物理層(中繼器repeater):使用中繼器在不同電纜段之間復(fù)制位信號(hào)，工作在OSI物理層，互連同類(lèi)型網(wǎng)段，只起到放大信號(hào)的作用，驅(qū)動(dòng)長(zhǎng)距離通信。又稱(chēng)集線器(hub)，可分為普通型，可疊加組合型和高檔智能型。

　　網(wǎng)橋(bridge):使用網(wǎng)橋在局域網(wǎng)之間存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)幀，工作在OSI數(shù)據(jù)鏈路層，更準(zhǔn)確地說(shuō)應(yīng)該位于MAC層，它互連兼容地址的局域網(wǎng)，利用同MAC和MAC地址，以及存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)功能進(jìn)行局域網(wǎng)間的信息交換。從應(yīng)用上分本地網(wǎng)橋和遠(yuǎn)程網(wǎng)橋、主干網(wǎng)橋;從幀轉(zhuǎn)發(fā)功能分配分透明網(wǎng)橋和源地址路徑選擇網(wǎng)橋。透明網(wǎng)橋TB的基本功能有學(xué)習(xí)及過(guò)濾、幀轉(zhuǎn)發(fā)和分枝樹(shù)算法功能。

　　(1)網(wǎng)橋作信息幀轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)要利用地址轉(zhuǎn)發(fā)表，按表中學(xué)習(xí)到的MAC地址和網(wǎng)橋?qū)��?yīng)關(guān)系，將包準(zhǔn)確轉(zhuǎn)發(fā)到該網(wǎng)橋。但如網(wǎng)橋未學(xué)習(xí)到MAC地址時(shí)，便將幀發(fā)向除接收口之外的所有接口，這在網(wǎng)橋剛啟動(dòng)工作時(shí)會(huì)造成　　大量的廣播幀，稱(chēng)為廣播風(fēng)暴(broadcast storm)。

　　(2)擴(kuò)展樹(shù)協(xié)議是為了克服由于網(wǎng)橋不具網(wǎng)絡(luò)層功能，在常任冗余路徑的網(wǎng)橋中出現(xiàn)信息回路造成網(wǎng)橋癱瘓的問(wèn)題。IEE802.1定義了分枝樹(shù)協(xié)議STP，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)路由定義為無(wú)回路的樹(shù)形結(jié)構(gòu)。

　　(3)源地址路徑選擇網(wǎng)橋SRB主要用于標(biāo)記環(huán)IEEE802.5標(biāo)記環(huán)局域網(wǎng)�；ミB不同型局域網(wǎng)時(shí)使用封裝網(wǎng)橋(encapsulation bridging)和轉(zhuǎn)換橋接方式(translation bridging)和源地址路徑選擇透明網(wǎng)橋SRT。

　　路由器(router):使用路由器在不同網(wǎng)絡(luò)間存儲(chǔ)、轉(zhuǎn)發(fā)分組，工作在OSI網(wǎng)絡(luò)層，它需要處理網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)分組或網(wǎng)絡(luò)地址，決定數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)，它要決定網(wǎng)橋中信息通信的完整路由。

　　網(wǎng)關(guān)(gateway):使用協(xié)議轉(zhuǎn)換器提供高層接口，工作在應(yīng)用層。

　　二、網(wǎng)絡(luò)互連原理

　　1、網(wǎng)絡(luò)互連的要求:在網(wǎng)絡(luò)之間提供一條鏈路，至少需要一條物理和鏈路控制的鏈路;在不同網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)程間提供路徑選擇和傳遞數(shù)據(jù);提供各用戶(hù)使用網(wǎng)絡(luò)的記錄和保持狀態(tài)信息;在提供上述服務(wù)時(shí)不需要修改原有各網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

　　2、網(wǎng)絡(luò)互連的功能分類(lèi):基本功能，指的是網(wǎng)絡(luò)互連必須的功能，即使對(duì)那些類(lèi)型相同的網(wǎng)絡(luò)互連也應(yīng)該具備的功能，它包括不同網(wǎng)絡(luò)之間傳送尋址和路徑選擇等。擴(kuò)展功能，指的是當(dāng)各種互連的網(wǎng)絡(luò)提供不同的服務(wù)級(jí)別時(shí)所需要的功能，包括協(xié)議轉(zhuǎn)換、分組的分段組合和重定序及差錯(cuò)檢測(cè)。3、面向連接運(yùn)行模式:連到同一子網(wǎng)上的兩個(gè)DTE之間可建立一條邏輯的網(wǎng)絡(luò)連接。4、無(wú)連接運(yùn)行模式:對(duì)應(yīng)于分組交換網(wǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)機(jī)制，而面向連接運(yùn)行對(duì)應(yīng)于虛電路機(jī)制。

　　三、無(wú)連接網(wǎng)絡(luò)互連

　　1、IP提供無(wú)連接或數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)優(yōu)點(diǎn):無(wú)連接互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)備靈活性較好，對(duì)子網(wǎng)要求低;無(wú)連接網(wǎng)絡(luò)能提供強(qiáng)健的服務(wù);無(wú)連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對(duì)于無(wú)連接傳輸層協(xié)議最為適用。

　　2、無(wú)連接網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)計(jì)主要問(wèn)題:路由、數(shù)據(jù)報(bào)生命周期，分段和重組，糾錯(cuò)和流控。

　　重組:一種重組的方法是在目的站進(jìn)行重組，其缺點(diǎn)是分成小段的數(shù)據(jù)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)膽識(shí)的效率。另一種重組方法是由中間的路由器進(jìn)行重組，則也會(huì)下列問(wèn)題:路由器需要大容量緩沖器，還可能發(fā)生緩沖器不夠用的情況;一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的所有分段必須使用同一路由，限制了動(dòng)態(tài)路由的使用。

　　IP數(shù)據(jù)報(bào)報(bào)頭中，包含下列內(nèi)容:數(shù)據(jù)單元標(biāo)識(shí)(ID)，數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，偏移(offset)，還有標(biāo)識(shí)(more flag)。路由器中IP分段的功能:offset=0是整個(gè)數(shù)據(jù)的開(kāi)始，more-flag=0是整個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的結(jié)束。

　　(1)建立兩個(gè)新的'數(shù)據(jù)報(bào)，它們的頭部就是原先數(shù)據(jù)報(bào)的頭報(bào)

　　(2)以64位為邊界，把原先的數(shù)據(jù)報(bào)分成長(zhǎng)度差不多的兩部分，把它們分別放入新的數(shù)據(jù)報(bào)中。第一部分必須是64位的倍數(shù)。

　　(3)把第一個(gè)新數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度設(shè)置為所插入的數(shù)據(jù)，把more-flag設(shè)置成1，offset不變。

　　(4)把第二個(gè)新數(shù)據(jù)報(bào)的長(zhǎng)度設(shè)置為所插入的數(shù)據(jù)，把more-flag設(shè)置成0，offset設(shè)置成第一部分?jǐn)?shù)據(jù)長(zhǎng)度除以8。

　　生命周期:一種是對(duì)來(lái)到的第一段設(shè)置一個(gè)生命周期，如果在生命周期內(nèi)沒(méi)有完成重級(jí)工作，那么就撤銷(xiāo)已經(jīng)到達(dá)的分段;第二種是利用數(shù)據(jù)報(bào)的生命周期，它包含在每一段的頭部中，若重組工作沒(méi)有在數(shù)據(jù)報(bào)生命周期內(nèi)完成，則撤銷(xiāo)接收到的分段。

　　四、IP數(shù)據(jù)報(bào)的路由選擇

　　1、直接傳送和間接傳送

　　直接傳送將一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)從一臺(tái)機(jī)器經(jīng)過(guò)單個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)直接傳送至目的站點(diǎn)，這是所有internet通信的基礎(chǔ)。只有當(dāng)兩臺(tái)機(jī)器連在同一底層物理傳輸系統(tǒng)時(shí)，才能采用直接傳送方式。否則只能用間接傳送方式，發(fā)送方將數(shù)據(jù)發(fā)送給一個(gè)路由器再傳送。

　　2、IP路由選擇表

　　路由表存儲(chǔ)各個(gè)目的站點(diǎn)以及如何到達(dá)目的站點(diǎn)的信息。為了盡可能使用最少的信息進(jìn)行路由選擇，采用信息隱蔽原則。

　　路由表的選擇表的大小僅取決于互聯(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量，與連到網(wǎng)上的主機(jī)的數(shù)量無(wú)關(guān)。IP路由選擇軟件僅需要維護(hù)有關(guān)目的網(wǎng)絡(luò)地址的信息，而與主機(jī)地址的信息無(wú)關(guān)。

　　保持路由表盡可能小的技術(shù)是把多個(gè)表項(xiàng)統(tǒng)一到一個(gè)默認(rèn)的情況。

　　3、ICMP差錯(cuò)與控制報(bào)文協(xié)議

　　(1)為了使互聯(lián)網(wǎng)中的路由器報(bào)告差錯(cuò)或提供有關(guān)意外的情況信息，在TCP/IP中設(shè)計(jì)了一個(gè)特殊用的報(bào)文機(jī)制，稱(chēng)internet控制報(bào)文協(xié)議ICMP，它是IP的一部分。

　　(2)ICMP機(jī)制:ICMP報(bào)文放在一個(gè)IP數(shù)據(jù)報(bào)的數(shù)據(jù)部分中通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)。允許路由器向其他路由器或主機(jī)發(fā)送差錯(cuò)或控制報(bào)文。ICMP是一個(gè)差錯(cuò)報(bào)告機(jī)制，它為發(fā)生差錯(cuò)的路由器提供了向初始源站點(diǎn)報(bào)告差錯(cuò)的方法。

　　(3)ICMP報(bào)文格式:由三個(gè)字段組成，即一個(gè)8位整數(shù)的報(bào)文類(lèi)型字段用來(lái)標(biāo)識(shí)報(bào)文、一個(gè)8位代碼字段提供有關(guān)報(bào)文類(lèi)型的進(jìn)一步信息、以及一個(gè)16位校驗(yàn)和字段。

　　(4)ICMP報(bào)文類(lèi)型:回送請(qǐng)求/應(yīng)答報(bào)文(回送請(qǐng)求/應(yīng)答、時(shí)間戳請(qǐng)求/應(yīng)答、地址請(qǐng)求/應(yīng)答)，差錯(cuò)報(bào)告(包括主機(jī)不可達(dá)報(bào)告、超時(shí)報(bào)告、參數(shù)出錯(cuò)報(bào)告)，控制報(bào)文(源抑制報(bào)文、重定向報(bào)文)。

　　五、路由選擇算法

　　1、距離矢量路由選擇V-D，

　　2、鏈路狀態(tài)路由選擇或稱(chēng)最短路徑優(yōu)先算法(SPF)，要求每個(gè)參與的路由器都要具有完全的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只需要完成兩項(xiàng)任務(wù):負(fù)責(zé)檢測(cè)所有相鄰路由器狀態(tài);周期地向其他路由器傳遞鏈路狀態(tài)信息。其優(yōu)點(diǎn):每個(gè)路由器用相同的原始狀態(tài)數(shù)據(jù)獨(dú)立地計(jì)算路由，并不依賴(lài)于中間的機(jī)器。

　　六、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議

　　在一個(gè)自治系統(tǒng)內(nèi)的兩個(gè)路由器彼此互為內(nèi)部路由器，使用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)，自治系統(tǒng)之間的使用外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP)來(lái)通信。

　　1、路由選擇信息協(xié)議(RIP)采用V-D算法，距離矢量路由選擇算法，分成主動(dòng)和被動(dòng)兩類(lèi)，只有路由器工作在主動(dòng)模式，主機(jī)必須使用被動(dòng)模式。工作在主動(dòng)模式的路由器進(jìn)行監(jiān)聽(tīng)，并根據(jù)收到的通知更新其路由。以主動(dòng)方式運(yùn)行RIP的路由器每間隔30秒廣播一次報(bào)文。

　　RIP對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)連接和廣播型網(wǎng)絡(luò)兩者都提供支持。RIP分組是通過(guò)UDP和IP傳輸?shù)�。RIP進(jìn)程使用UDP的520端口來(lái)進(jìn)行發(fā)送和接收。

　　RIP報(bào)文格式:報(bào)頭32位，命令字為1表示請(qǐng)求部分的或全部的路由選擇信息。命令字為2表示響應(yīng)，包含發(fā)送方路由選擇表內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)地址和距離值一對(duì)信息。

　　2、IGRP，運(yùn)行頻率比較低，每90秒更新;路由更新的每一項(xiàng)都包含一個(gè)四種度量制式，即延遲、帶寬、可靠性、負(fù)載;采用保守式預(yù)防環(huán)路的保護(hù)措施、選擇多路徑路由以及處理默認(rèn)路由器的手段等。

　　3、開(kāi)放最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF

　　優(yōu)點(diǎn):計(jì)算迅速，無(wú)環(huán)路的收斂性;支持精確的度量值，也能支持多重度量制式;支持通往一個(gè)目的站點(diǎn)的多重路徑;能區(qū)分不同的外部路由。是基于鏈路狀態(tài)路由選擇算法SPF。

　　OSPF報(bào)文報(bào)頭格式:24個(gè)8位組報(bào)頭，共有五種類(lèi)型的報(bào)文類(lèi)型，類(lèi)型1)hello;2)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫(kù)描述;3)鏈路狀態(tài)請(qǐng)求;4)鏈路狀態(tài)更新;5)鏈路狀態(tài)確認(rèn)。

　　Hello報(bào)文的兩種功能:檢測(cè)鏈路狀態(tài)是否可用;在廣播型與非廣播型網(wǎng)絡(luò)上選擇指定網(wǎng)絡(luò)路由器及后備。

　　七、外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議

　　1、兩個(gè)交換路由選擇信息的路由器若分別屬于兩個(gè)自治系統(tǒng)，則稱(chēng)為外部鄰站。外部鄰站使用的向其他自治系統(tǒng)通知可達(dá)的信息的協(xié)議稱(chēng)為外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP)

　　2、EGP有三種功能:它支持鄰站獵取機(jī)制，允許一個(gè)路由器請(qǐng)求另一個(gè)路由器同意交換可達(dá)信息;路由器持續(xù)地測(cè)試其鄰站是否有響應(yīng);EGP鄰站周期地傳送路由更新報(bào)文來(lái)交換網(wǎng)絡(luò)可達(dá)的信息。

　　3、EGP定義了9種報(bào)文類(lèi)型，它允許兩種測(cè)試鄰站是否存活的方式:一種是主動(dòng)方式，路由器周期地發(fā)送hello報(bào)文和輪詢(xún)報(bào)文，并等待鄰站響應(yīng)。另一種被動(dòng)方式，路由器依靠鄰站向其發(fā)送hello報(bào)文和輪詢(xún)報(bào)文，并利用可達(dá)報(bào)文的狀態(tài)字段信息來(lái)判斷鄰站是否知道其存活。

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