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罗少彬 编著
计算机网络技术教程
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第 7章 网络互连技术
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本章学习要求,
了解,网络互连的基本概念
掌握：网络互连的类型与层次
掌握：典型网络互连设备的工作原理
了解,第三层交换技术与应用
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7.1 网络互连的基本概念
7.1.1 网络互连的概念
网络互连（ Internetworking）是指将分布在不同地理
位置的网络、设备相连接，以构成更大规模的互连网
络系统，并实现互连网络资源的共享；
互连的网络和设备可以是同种类型的网络、不同类型
的网络，以及运行不同网络协议的设备与系统。
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7.1.2 网络互连的要求
不同网络之间的差异主要表现在,
编址方案
最大分组尺寸
网络访问机制
超时机制
差错恢复
状态报告
路由选择
用户访问控制
连接和无连接服务
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网络互连的功能
基本功能
基本功能是指网络互连所必需的功能，包括不同网络
之间传送数据时的寻址与路由功能选择等功能；
扩展功能
扩展功能是指当互连的网络提供不同的服务类型时所
需的功能，包括协议转换、分组长度变换、分组重新
排序及差错检测等功能。
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7.2 网络互连的类型与层次
7.2.1 网络互连的类型
局域网 -局域网互连
局域网 -广域网互连
局域网 -广域网 -局域网互连
广域网 -广域网互连
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7.2.2 网络互连的层次
互连（ Interconnection）是指在两个物理网络之间至
少有一条在物理上连接的线路，但不能保证两个网络
一定能进行数据交换，这取决于两个网络的通信协议
是否相互兼容；
互通 （ Intercommunication）是指两个网络之间可以
交换数据；
互操作（ Interoperability）是指网络中不同计算机系
统之间具有透明访问对方资源的能力；
互连是网络互连的基础，互通是网络互连的手段，互
操作是网络互连的目的。
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网络互连的层次
根据网络层次的结构模型，网络互连的层次可以分为,
数据链路层互连
数据链路层互连的设备是网桥（ Bridge）；
网络层互连
网络层互连的设备是路由器（ Router）；
高层互连
传输层及以上各层协议不同的网络之间的互连属于高
层互连，高层互连的设备是网关（ Gateway）。
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7.3 典型网络互连设备的工作原理
7.3.1 网桥
网桥的应用环境,
一个单位的多个部门局域网的互连；
办公楼之间局域网的互连；
将数千台计算机按地理位置或组织关系划分为多个子
网的互连；
超过单个局域网的最大覆盖范围的多个局域网互连；
企业中部门的信息对安全、保密方面要求不同的局域
网互连。
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网桥的基本特征
网桥在数据链路层上实现局域网互连；
网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传
输介质与不同传输速率的网络；
网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连
的网络之间的通信；
网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协
议；
网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改
善互连网络的性能与安全性。
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网桥的分类
透明网桥
透明网桥由各网桥自己来决定路由选择，局域网上的
各结点不负责路由选择；
源路选网桥
源路选网桥由发送帧的源结点负责路由选择。
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网桥与广播风暴
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N.1
N.2
N.3
N.4
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504 Data
504 Data
504 Data
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7.3.2 路由器
路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备；
局域网的数据链路层与物理层可以是不同的，但数据
链路层以上的高层要采用相同的协议；
路由器可以有效地隔离多个局域网的广播通信量，每
一个局域网都是独立的子网。
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路由器的工作原理
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C.104 Data
C.104 Data
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多协议路由器的工作原理
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TCP /IP ?á μ?
TCP /IP ?á μ? NetWare? á μ?
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TCP /IP ?á μ?
TCP /IP ?á μ? NetWare? á μ?
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典型的路由器产品
Cisco公司的 Cisco系列路由器
3Com公司的 Office Connect NetBuilder系列
Nortel公司的 Accelar系列
Intel公司的 Express Router系列
华为公司的 Quidway系列
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典型企业
网结构
Catalyst 5000
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Catalyst 5000
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Catalyst 2900
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Cisco 2600
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Cisco 7500
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Cisco 4000
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Cisco 4000
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Catalyst 5000
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7.3.3 网关
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NetWare? á μ? NetWare? á μ?
NetWare? á μ?
SNA ?÷?ú
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网关的基本类型
网关通过使用适当的硬件与软件实现不同网络协议之
间的转换功能；
硬件提供不同网络的接口，软件实现不同互连网协议
之间的转换。
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网关实现协议转换的方法
网关直接将输入网络的信息包的格式转换成输出网络
信息包的格式；
首先制定一种标准的网间信息包格式，网关在输入端
将输入网络信息包格式转换成标准网间信息包格式，
在输出端再将标准网间信息包格式转换成输出网络信
息包格式。
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7.4 第三层交换技术与应用
7.4.1 第三层交换产生的背景
增加网络带宽与提高网络服务质量的解决途径可以有
两个：一是采用光纤作为传输介质，增加传输通道的
带宽；二是研究出性能更优越的路由器产品，提高网
络数据交换能力 ;
高性能的网络路由器设备是网络硬件制造商重点研究
的问题之一 ;
将交换机制引入路由器的设计中，大幅度缩短路由器
对数据包的处理时间，提高网络数据交换能力，由此
产生了第三层交换的概念。
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7.4.2 网桥、交换机与第二层交换
局域网交换机与传统的集线器相比较，具有低数据传
输延迟、高传输带宽的明显优点；
网桥的数据帧转发功能是通过软件来实现的，而局域
网交换机的数据帧转发功能是通过硬件来实现的；
局域网交换机可以起到网桥的作用，同时又具有低交
换传输延迟、高传输带宽的优点；
通过硬件结构，使得局域网交换机的数据帧处理的延
迟时间由网桥的几百个 μs减少到几十 μs。
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7.4.3 第三层交换技术与产品
第三层交换技术,
将局域网交换机的设计思想应用在路由器的设计中，
就出现了第三层交换的概念 ；
传统的路由器通过软件来实现路由选择功能，而第三
层交换的路由器通过专用集成电路芯片来实现路由选
择功能，将数据包处理时间从传统路由器的几千 μs减
少到几十 μs，大大缩短数据包在交换设备中的传输延
迟时间；
通过硬件来实现第三层交换的路由器，在网络层协议
类型上受到一定的限制。
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典型的第三层交换产品
Cabletron公司的 Smart Switch系列路由器
Foundry公司的 Big Iron系列与 SererIron系列交换机
PacketEngines公司的 PowerRail系列交换式路由器
Cisco公司的 4000系列,5000系列,6000系列与 8000系
列交换式路由器
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7.5 小结
网络互连是将分布在不同地理位置的网络连接起来,
以构成更大规模的互连网络系统, 实现更大范围内互
连网络资源的共享；
网络互连类型主要有：局域网 -局域网互连, 局域网 -
广域网互连, 局域网 -广域网 -局域网互连, 以及广域
网 -广域网互连；
根据网络层次的结构模型, 网络互连的层次可以分为：
在数据链路层实现互连, 在网络层实现互连, 以及在
传输层及以上的各层实现互连；
基本的互连的设备有网桥, 路由器与网关；
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网桥是在数据链路层上实现网络互连的设备，它能够
互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与
不同传输速率的网络；
路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备。在一
个大型互连网中，经常用多个路由器将多个局域网与
局域网、局域网与广域网互连。路由器能够为不同子
网的计算机之间的数据交换选择适当的传输路径；
网关是在传输层及以上高层上实现多个网络互连的设
备，网关可以实现不同网络协议之间的转换功能；
第三层交换是指在网络层通过硬件来实现路由选择功
能。
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第 7章 网络互连技术
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本章学习要求,
了解,网络互连的基本概念
掌握：网络互连的类型与层次
掌握：典型网络互连设备的工作原理
了解,第三层交换技术与应用
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7.1 网络互连的基本概念
7.1.1 网络互连的概念
网络互连（ Internetworking）是指将分布在不同地理
位置的网络、设备相连接，以构成更大规模的互连网
络系统，并实现互连网络资源的共享；
互连的网络和设备可以是同种类型的网络、不同类型
的网络，以及运行不同网络协议的设备与系统。
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7.1.2 网络互连的要求
不同网络之间的差异主要表现在,
编址方案
最大分组尺寸
网络访问机制
超时机制
差错恢复
状态报告
路由选择
用户访问控制
连接和无连接服务
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网络互连的功能
基本功能
基本功能是指网络互连所必需的功能，包括不同网络
之间传送数据时的寻址与路由功能选择等功能；
扩展功能
扩展功能是指当互连的网络提供不同的服务类型时所
需的功能，包括协议转换、分组长度变换、分组重新
排序及差错检测等功能。
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7.2 网络互连的类型与层次
7.2.1 网络互连的类型
局域网 -局域网互连
局域网 -广域网互连
局域网 -广域网 -局域网互连
广域网 -广域网互连
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7.2.2 网络互连的层次
互连（ Interconnection）是指在两个物理网络之间至
少有一条在物理上连接的线路，但不能保证两个网络
一定能进行数据交换，这取决于两个网络的通信协议
是否相互兼容；
互通 （ Intercommunication）是指两个网络之间可以
交换数据；
互操作（ Interoperability）是指网络中不同计算机系
统之间具有透明访问对方资源的能力；
互连是网络互连的基础，互通是网络互连的手段，互
操作是网络互连的目的。
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网络互连的层次
根据网络层次的结构模型，网络互连的层次可以分为,
数据链路层互连
数据链路层互连的设备是网桥（ Bridge）；
网络层互连
网络层互连的设备是路由器（ Router）；
高层互连
传输层及以上各层协议不同的网络之间的互连属于高
层互连，高层互连的设备是网关（ Gateway）。
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7.3 典型网络互连设备的工作原理
7.3.1 网桥
网桥的应用环境,
一个单位的多个部门局域网的互连；
办公楼之间局域网的互连；
将数千台计算机按地理位置或组织关系划分为多个子
网的互连；
超过单个局域网的最大覆盖范围的多个局域网互连；
企业中部门的信息对安全、保密方面要求不同的局域
网互连。
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网桥的基本特征
网桥在数据链路层上实现局域网互连；
网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传
输介质与不同传输速率的网络；
网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现互连
的网络之间的通信；
网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协
议；
网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改
善互连网络的性能与安全性。
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网桥的分类
透明网桥
透明网桥由各网桥自己来决定路由选择，局域网上的
各结点不负责路由选择；
源路选网桥
源路选网桥由发送帧的源结点负责路由选择。
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网桥与广播风暴
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7.3.2 路由器
路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备；
局域网的数据链路层与物理层可以是不同的，但数据
链路层以上的高层要采用相同的协议；
路由器可以有效地隔离多个局域网的广播通信量，每
一个局域网都是独立的子网。
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路由器的工作原理
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多协议路由器的工作原理
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典型的路由器产品
Cisco公司的 Cisco系列路由器
3Com公司的 Office Connect NetBuilder系列
Nortel公司的 Accelar系列
Intel公司的 Express Router系列
华为公司的 Quidway系列
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典型企业
网结构
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7.3.3 网关
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网关的基本类型
网关通过使用适当的硬件与软件实现不同网络协议之
间的转换功能；
硬件提供不同网络的接口，软件实现不同互连网协议
之间的转换。
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网关实现协议转换的方法
网关直接将输入网络的信息包的格式转换成输出网络
信息包的格式；
首先制定一种标准的网间信息包格式，网关在输入端
将输入网络信息包格式转换成标准网间信息包格式，
在输出端再将标准网间信息包格式转换成输出网络信
息包格式。
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7.4 第三层交换技术与应用
7.4.1 第三层交换产生的背景
增加网络带宽与提高网络服务质量的解决途径可以有
两个：一是采用光纤作为传输介质，增加传输通道的
带宽；二是研究出性能更优越的路由器产品，提高网
络数据交换能力 ;
高性能的网络路由器设备是网络硬件制造商重点研究
的问题之一 ;
将交换机制引入路由器的设计中，大幅度缩短路由器
对数据包的处理时间，提高网络数据交换能力，由此
产生了第三层交换的概念。
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7.4.2 网桥、交换机与第二层交换
局域网交换机与传统的集线器相比较，具有低数据传
输延迟、高传输带宽的明显优点；
网桥的数据帧转发功能是通过软件来实现的，而局域
网交换机的数据帧转发功能是通过硬件来实现的；
局域网交换机可以起到网桥的作用，同时又具有低交
换传输延迟、高传输带宽的优点；
通过硬件结构，使得局域网交换机的数据帧处理的延
迟时间由网桥的几百个 μs减少到几十 μs。
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7.4.3 第三层交换技术与产品
第三层交换技术,
将局域网交换机的设计思想应用在路由器的设计中，
就出现了第三层交换的概念 ；
传统的路由器通过软件来实现路由选择功能，而第三
层交换的路由器通过专用集成电路芯片来实现路由选
择功能，将数据包处理时间从传统路由器的几千 μs减
少到几十 μs，大大缩短数据包在交换设备中的传输延
迟时间；
通过硬件来实现第三层交换的路由器，在网络层协议
类型上受到一定的限制。
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典型的第三层交换产品
Cabletron公司的 Smart Switch系列路由器
Foundry公司的 Big Iron系列与 SererIron系列交换机
PacketEngines公司的 PowerRail系列交换式路由器
Cisco公司的 4000系列,5000系列,6000系列与 8000系
列交换式路由器
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网络互连是将分布在不同地理位置的网络连接起来,
以构成更大规模的互连网络系统, 实现更大范围内互
连网络资源的共享；
网络互连类型主要有：局域网 -局域网互连, 局域网 -
广域网互连, 局域网 -广域网 -局域网互连, 以及广域
网 -广域网互连；
根据网络层次的结构模型, 网络互连的层次可以分为：
在数据链路层实现互连, 在网络层实现互连, 以及在
传输层及以上的各层实现互连；
基本的互连的设备有网桥, 路由器与网关；
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网桥是在数据链路层上实现网络互连的设备，它能够
互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与
不同传输速率的网络；
路由器是在网络层上实现多个网络互连的设备。在一
个大型互连网中，经常用多个路由器将多个局域网与
局域网、局域网与广域网互连。路由器能够为不同子
网的计算机之间的数据交换选择适当的传输路径；
网关是在传输层及以上高层上实现多个网络互连的设
备，网关可以实现不同网络协议之间的转换功能；
第三层交换是指在网络层通过硬件来实现路由选择功
能。
