第一部分网络互连理论第 2章 网络互连的结构本章提要计算机网络互连的基本类型；
应用层互连的概念；
网络层互连的概念；
数据链路层互连的概念；
物理层互连的概念
2.1 网络互连的基本类型
2.2 网络互连的层次
2.3 实训 2－考察实际网络互连的设备
2.1 网络互连的基本类型
2.1.1 LAN与 LAN
2.1.2 LAN与 WAN
应 用 层传 输 层会 话 层表 示 层
O S I / R M
网 络 层数 据 链 路 层物 理 层网 络 接 口 层
E t h e r n e t,F D D I S L I P,P P P
网 络 层传 输 层应 用 层
T C P / I P
局 域 网 协 议 广 域 网 协 议
2.1.1 LAN与 LAN
在局域网范围的实际应用有同构局域网互连和异构局域网互连两种基本模式。
同构局域网互连是指互连的局域网属于相同的结构类型。
异构局域网互连是指互连的局域网属于不相同的结构类型。
工 作 站打 印 机工 作 站打 印 机文 件 服 务 器文 件 服 务 器文 件 服 务 器网 桥 A
网 桥 B
工 作 站打 印 机
I E E E 8 0 2,3 I E E E 8 0 2,3
I E E E 8 0 2,5
2.1.2 LAN与 WAN
在很大的地域范围或采用更多技术手段的条件下，实际应用时需要加入广域网的内容，
一般有局域网－广域网互连和局域网－广域网－局域网互连两种基本模式。
局域网－广域网互连是指某结构类型的局域网和广域网互连。
局域网－广域网－局域网互连是指互连的局域网分布的地理位置过大或必须采用广域网的技术手段。
W A N
L A N
( 以 太 网 )
L A N
( 令 牌 环 网 )
2.2 网络互连的层次
2.2.1应用层的互连
2.2.2网络层的互连
2.2.3 数据链路层的互连应 用 层传 输 层会 话 层表 示 层
O S I / R M
网 络 层数 据 链 路 层物 理 层
T C P / I P
网 络 接 入 层网 络 层传 输 层应 用 层路 由 器网 桥中 继 器网 关
2.2.1应用层的互连
网关（ Gateway）是应用层使用的互连设备，属于能够连接不同网络的硬件和软件的结合产品。用来连接异类网络，
是一个协议转换器，工作在 OSI/RM模型或 TCP/IP体系的高层，通过网关可使不同的格式、不同的通信协议、不同的结构类型的网络连接起来，使不同协议网络间的信息包传送和接收，简化了网络的管理。
2.2.2网络层的互连
网络层互连一般连接相同协议的网络，可以连接异构网络，还可以利用协议将整个网络划分为若干逻辑子网。中继系统在网络层对数据包进行存储转发，对传输的信息有很强的管理能力，本层的互连主要解决的技术问题是：路由选择、拥塞控制、差错处理和分段技术等。网络层互连的典型设备是路由器，
它具有判断网络地址和选择路径的功能，完成网络层中继的任务。
应用广泛的 Cisco路由器在 TCP/IP中使用的路由协议有：
路由信息协议（ RIP,Routing
Information protocol）
开放式最短路径优先（ OSPF,Open
Shortest Path First）
边界网关协议（ BGP,Border Gateway
Protocol）
内部网关路由协议（ IGRP,Interior
Gateway Routing Protocol）
增强 IGRP协议（ EIGRP）
路由器的基本功能
1.路由器在网络层互连中应具有如下功能：（ 1）地址映射（ 2）数据转换
（ 3）路由选择（ 4）协议转换
2.网络的隔离
3.划分子网和流量控制
4.网络管理和系统支持路由器的性能路由器的性能可以用下列指标衡量：
（ 1）全双工线速转发能力。
（ 2）吞吐量。
（ 3）背板能力。
（ 4）丢包率。
（ 5）转发时延。
（ 6）路由表能力。
（ 7）可靠性。
（ 8）背靠背帧数。
Quidway路由器
华为（ Quidway）技术有限公司是国内的
Intranet和 Internet网络互连厂商，其研制的系列路由器设备和通用路由平台
（ VRP）软件产品主要用于连接计算机网络系统，其提供的解决方案应用于很多行业。 Quidway的路由器产品很多，具有很好的性能，是建立网络的优秀产品。
2.2.3 数据链路层的互连
在 OSI/RM的数据链路层的互连主要应用桥接和交换技术，对帧信息进行存储转发，对传输的信息有较强的管理能力。它们可控制数据流量、处理传输错误、提供物理编址以及管理对物理媒体的访问。数据链路层实现网络互连常用的设备是网络适配器、网桥和交换机等。
网络适配器
网络适配器，俗称为网卡（ NIC,Network
Interface Card）是 OSI/RM中数据链路层的设备。网络适配器是局域网的接入设备，是单机与网络间架设的桥梁。它主要完成的功能如下：
（ 1）读入由其它网络设备传输过来的数据包；
（ 2）将计算机设备发送的数据打包后输送至其它网络设备中。
网桥
网桥（ Bridge）是局域网中最为常用的网间连接器，
它工作在 OSI/RM的数据链路层，实现局域网的连接，由于网桥涉及高层协议的转换，因此可实现连接协议一致，且都使用相同的网络操作系统的同一类型网络的互连。
网桥的功能是在局域网之间存储、转发帧并实现数据链路层上的协议转换，网桥通过数据链路层的
LLC子层选择子网路径，把一个网络传来的信息帧发送到另一个网络上去，并对帧作校验。
交换机
1.交换机（ Switch）也称为交换器。局域网交换设备出现于 20世纪 90年代。交换技术是一个具有简单、
低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在 OSI/RM模型的第二层操作。与桥接器一样，交换机按每一数据包中的 MAC
地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其它信息。与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，
远远超过了普通桥接互连网络之间的转发性能。
交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中。
利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息，提供了比传统桥接器高得多的操作性能。
交换机
2．交换机的交换技术
交换机采用三种交换技术，即端口交换、帧交换和信元交换。
端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器的背板通常划分有多条以太网段，每个网段为一个广播域，不用网桥或路由连接，网络之间是互不相通的。
端口交换还可细分为模块交换、端口组交换和端口级交换三种。
模块交换是将整个模块进行网段迁移。端口组交换，通常模块上的端口被划分为若干组，每组端口允许进行网段迁移。端口级交换，支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于 OSI/RM第一层上完成的，具有灵活性和负载平衡能力等优点。
如果配置得当，还可以在一定程度实现容错，但没有改变共享传输介质的特点，因而不能称之为真正的交换。
帧交换是目前应用最广的局域网交换技术，它通过对传统传输介质进行微分段，提供并行传送的机制，以减小冲突域，获得高的带宽。
信元交换是异步传输模式（ ATM）的技术措施，采用 53字节固定长度的信元交换，便于硬件实现。
交换机
3.局域网交换机主要的指标是：
（ 1）交换端口的数量、类型、主干线连接方法和扩充能力。
（ 2）交换能力和路由选择能力。
（ 3）热切换能力和容错能力。
（ 4）与现有设备的兼容性。
（ 5）网络管理能力。
2.2.4 物理层的互连
中继系统作用于同种网络的 OSI/RM物理层上，只对比特信号进行接收、波形整形、放大和发送，可以扩大一个网络的作用地域范围，一般不具备网络管理能力。使用的设备主要有中继器、集线器和调制解调器。
中继器
中继器（ Repeater）是互连网络中最简单的网间连接器，
用来连接两个具有相同物理层协议的局域网。
中继器工作在 OSI/RM的物理层。
中继器是连接网络线路的一种装置，主要完成物理层的功能，
负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制整理和放大还原功能，以此来延长网络的长度。
一般情况下，中继器的两端连接的是相同的介质，但有的中继器也可以完成不同介质的转接工作。从理论上讲，中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体规定，
中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。
集线器（ Hub）是物理层使用的一种中继器的扩展形式，区别在于集线器提供多端口服务，也称为多口中继器。局域网集线器分为五种不同的类型，它将对 LAN交换机技术的发展产生直接影响。
调制解调器
调制解调器（ Modem,Modulator/Demodulator）是一种计算机硬件，能把计算机产生出来的信息变换成可以沿普通电话线传送的模拟信号，而这些模拟信号又可由线路另一端的另一调制解调器接收，并翻译成接收计算机可理解的语言。
调制解调器在联网中的方式有单工方式、半双工方式和全双工方式。
两台调制解调器之间的通信线路可以用二线制，收发信号同在这两根线上完成。如果采用四线制，用并行的两对线路，收发信号分别在某一对线上完成，某对线的一端为调制解调器的发送方，另一端为另一台调制解调器的接收方，另一对线与之相反。
调制解调器的连线模式有四种：
（ 1）信赖模式（ Reliable mode）
（ 2）常态模式（ Normal mode）
（ 3）直接模式（ Direct mode）
（ 4）自动信赖模式（ Auto-reliable mode）
2.3 实训 2－考察实际网络互连的设备实训目的
1.了解网络互连技术应用环境。
2.掌握网络互连的设备的作用。
3.掌握网络互连设备的安装、配置和检测。
4.掌握网络互连设备的运行管理。
5.了解网络互连设备的选型要点。
实训内容
1.考察某具体网络的网络互连设备的全部配置。
2.考察网络适配器的基本情况。
3.考察交换机的基本情况。
4.考察路由器的基本情况。
5.考察网络互连设备运行管理的实际情况。
实训习题
1.所考察的具体网络应用了哪些网络互连设备，在系统中有什么作用？
2.分析物理层使用的设备。
3.分析数据链路层使用的设备。
4.分析网络层使用的设备。
5.评价该网络系统各互连设备的技术经济性。
应用层互连的概念；
网络层互连的概念；
数据链路层互连的概念；
物理层互连的概念
2.1 网络互连的基本类型
2.2 网络互连的层次
2.3 实训 2－考察实际网络互连的设备
2.1 网络互连的基本类型
2.1.1 LAN与 LAN
2.1.2 LAN与 WAN
应 用 层传 输 层会 话 层表 示 层
O S I / R M
网 络 层数 据 链 路 层物 理 层网 络 接 口 层
E t h e r n e t,F D D I S L I P,P P P
网 络 层传 输 层应 用 层
T C P / I P
局 域 网 协 议 广 域 网 协 议
2.1.1 LAN与 LAN
在局域网范围的实际应用有同构局域网互连和异构局域网互连两种基本模式。
同构局域网互连是指互连的局域网属于相同的结构类型。
异构局域网互连是指互连的局域网属于不相同的结构类型。
工 作 站打 印 机工 作 站打 印 机文 件 服 务 器文 件 服 务 器文 件 服 务 器网 桥 A
网 桥 B
工 作 站打 印 机
I E E E 8 0 2,3 I E E E 8 0 2,3
I E E E 8 0 2,5
2.1.2 LAN与 WAN
在很大的地域范围或采用更多技术手段的条件下，实际应用时需要加入广域网的内容，
一般有局域网－广域网互连和局域网－广域网－局域网互连两种基本模式。
局域网－广域网互连是指某结构类型的局域网和广域网互连。
局域网－广域网－局域网互连是指互连的局域网分布的地理位置过大或必须采用广域网的技术手段。
W A N
L A N
( 以 太 网 )
L A N
( 令 牌 环 网 )
2.2 网络互连的层次
2.2.1应用层的互连
2.2.2网络层的互连
2.2.3 数据链路层的互连应 用 层传 输 层会 话 层表 示 层
O S I / R M
网 络 层数 据 链 路 层物 理 层
T C P / I P
网 络 接 入 层网 络 层传 输 层应 用 层路 由 器网 桥中 继 器网 关
2.2.1应用层的互连
网关（ Gateway）是应用层使用的互连设备，属于能够连接不同网络的硬件和软件的结合产品。用来连接异类网络，
是一个协议转换器，工作在 OSI/RM模型或 TCP/IP体系的高层，通过网关可使不同的格式、不同的通信协议、不同的结构类型的网络连接起来，使不同协议网络间的信息包传送和接收，简化了网络的管理。
2.2.2网络层的互连
网络层互连一般连接相同协议的网络，可以连接异构网络，还可以利用协议将整个网络划分为若干逻辑子网。中继系统在网络层对数据包进行存储转发，对传输的信息有很强的管理能力，本层的互连主要解决的技术问题是：路由选择、拥塞控制、差错处理和分段技术等。网络层互连的典型设备是路由器，
它具有判断网络地址和选择路径的功能，完成网络层中继的任务。
应用广泛的 Cisco路由器在 TCP/IP中使用的路由协议有：
路由信息协议（ RIP,Routing
Information protocol）
开放式最短路径优先（ OSPF,Open
Shortest Path First）
边界网关协议（ BGP,Border Gateway
Protocol）
内部网关路由协议（ IGRP,Interior
Gateway Routing Protocol）
增强 IGRP协议（ EIGRP）
路由器的基本功能
1.路由器在网络层互连中应具有如下功能：（ 1）地址映射（ 2）数据转换
（ 3）路由选择（ 4）协议转换
2.网络的隔离
3.划分子网和流量控制
4.网络管理和系统支持路由器的性能路由器的性能可以用下列指标衡量：
（ 1）全双工线速转发能力。
（ 2）吞吐量。
（ 3）背板能力。
（ 4）丢包率。
（ 5）转发时延。
（ 6）路由表能力。
（ 7）可靠性。
（ 8）背靠背帧数。
Quidway路由器
华为（ Quidway）技术有限公司是国内的
Intranet和 Internet网络互连厂商，其研制的系列路由器设备和通用路由平台
（ VRP）软件产品主要用于连接计算机网络系统，其提供的解决方案应用于很多行业。 Quidway的路由器产品很多，具有很好的性能，是建立网络的优秀产品。
2.2.3 数据链路层的互连
在 OSI/RM的数据链路层的互连主要应用桥接和交换技术，对帧信息进行存储转发，对传输的信息有较强的管理能力。它们可控制数据流量、处理传输错误、提供物理编址以及管理对物理媒体的访问。数据链路层实现网络互连常用的设备是网络适配器、网桥和交换机等。
网络适配器
网络适配器，俗称为网卡（ NIC,Network
Interface Card）是 OSI/RM中数据链路层的设备。网络适配器是局域网的接入设备，是单机与网络间架设的桥梁。它主要完成的功能如下：
（ 1）读入由其它网络设备传输过来的数据包；
（ 2）将计算机设备发送的数据打包后输送至其它网络设备中。
网桥
网桥（ Bridge）是局域网中最为常用的网间连接器，
它工作在 OSI/RM的数据链路层，实现局域网的连接，由于网桥涉及高层协议的转换，因此可实现连接协议一致，且都使用相同的网络操作系统的同一类型网络的互连。
网桥的功能是在局域网之间存储、转发帧并实现数据链路层上的协议转换，网桥通过数据链路层的
LLC子层选择子网路径，把一个网络传来的信息帧发送到另一个网络上去，并对帧作校验。
交换机
1.交换机（ Switch）也称为交换器。局域网交换设备出现于 20世纪 90年代。交换技术是一个具有简单、
低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在 OSI/RM模型的第二层操作。与桥接器一样，交换机按每一数据包中的 MAC
地址相对简单地决策信息转发。而这种转发决策一般不考虑包中隐藏的更深的其它信息。与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单个局域网性能，
远远超过了普通桥接互连网络之间的转发性能。
交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中。
利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息，提供了比传统桥接器高得多的操作性能。
交换机
2．交换机的交换技术
交换机采用三种交换技术，即端口交换、帧交换和信元交换。
端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器的背板通常划分有多条以太网段，每个网段为一个广播域，不用网桥或路由连接，网络之间是互不相通的。
端口交换还可细分为模块交换、端口组交换和端口级交换三种。
模块交换是将整个模块进行网段迁移。端口组交换，通常模块上的端口被划分为若干组，每组端口允许进行网段迁移。端口级交换，支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于 OSI/RM第一层上完成的，具有灵活性和负载平衡能力等优点。
如果配置得当，还可以在一定程度实现容错，但没有改变共享传输介质的特点，因而不能称之为真正的交换。
帧交换是目前应用最广的局域网交换技术，它通过对传统传输介质进行微分段，提供并行传送的机制，以减小冲突域，获得高的带宽。
信元交换是异步传输模式（ ATM）的技术措施，采用 53字节固定长度的信元交换，便于硬件实现。
交换机
3.局域网交换机主要的指标是：
（ 1）交换端口的数量、类型、主干线连接方法和扩充能力。
（ 2）交换能力和路由选择能力。
（ 3）热切换能力和容错能力。
（ 4）与现有设备的兼容性。
（ 5）网络管理能力。
2.2.4 物理层的互连
中继系统作用于同种网络的 OSI/RM物理层上，只对比特信号进行接收、波形整形、放大和发送，可以扩大一个网络的作用地域范围，一般不具备网络管理能力。使用的设备主要有中继器、集线器和调制解调器。
中继器
中继器（ Repeater）是互连网络中最简单的网间连接器，
用来连接两个具有相同物理层协议的局域网。
中继器工作在 OSI/RM的物理层。
中继器是连接网络线路的一种装置，主要完成物理层的功能，
负责在两个节点的物理层上按位传递信息，完成信号的复制整理和放大还原功能，以此来延长网络的长度。
一般情况下，中继器的两端连接的是相同的介质，但有的中继器也可以完成不同介质的转接工作。从理论上讲，中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围作了具体规定，
中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。
集线器（ Hub）是物理层使用的一种中继器的扩展形式，区别在于集线器提供多端口服务，也称为多口中继器。局域网集线器分为五种不同的类型，它将对 LAN交换机技术的发展产生直接影响。
调制解调器
调制解调器（ Modem,Modulator/Demodulator）是一种计算机硬件，能把计算机产生出来的信息变换成可以沿普通电话线传送的模拟信号，而这些模拟信号又可由线路另一端的另一调制解调器接收，并翻译成接收计算机可理解的语言。
调制解调器在联网中的方式有单工方式、半双工方式和全双工方式。
两台调制解调器之间的通信线路可以用二线制，收发信号同在这两根线上完成。如果采用四线制，用并行的两对线路，收发信号分别在某一对线上完成，某对线的一端为调制解调器的发送方，另一端为另一台调制解调器的接收方，另一对线与之相反。
调制解调器的连线模式有四种：
（ 1）信赖模式（ Reliable mode）
（ 2）常态模式（ Normal mode）
（ 3）直接模式（ Direct mode）
（ 4）自动信赖模式（ Auto-reliable mode）
2.3 实训 2－考察实际网络互连的设备实训目的
1.了解网络互连技术应用环境。
2.掌握网络互连的设备的作用。
3.掌握网络互连设备的安装、配置和检测。
4.掌握网络互连设备的运行管理。
5.了解网络互连设备的选型要点。
实训内容
1.考察某具体网络的网络互连设备的全部配置。
2.考察网络适配器的基本情况。
3.考察交换机的基本情况。
4.考察路由器的基本情况。
5.考察网络互连设备运行管理的实际情况。
实训习题
1.所考察的具体网络应用了哪些网络互连设备，在系统中有什么作用？
2.分析物理层使用的设备。
3.分析数据链路层使用的设备。
4.分析网络层使用的设备。
5.评价该网络系统各互连设备的技术经济性。
