第 7章 网络互联技术
网络互联技术是指将网络中不同的网段、子网相互连接
起来的技术和方法。网络互联的目的是解决各网段、子
网间的数据流通，使各子网内的资源能够共享。随着网
络技术的迅速发展，网络的互联（包括连接）变得日益
重要，网络互联技术已成为网络系统集成技术中的一个
主要方面。
本章主要内容
? 网络互联技术概述
? 网络互联设备
? 局域网互联
? 广域网互联
7.1 网络互联技术概述 (1)
局域网是计算机通信网的重要组成部分，
但至今人们还很难给局域网一个严格
的定义。 它只是一种通信网，仅有
OSI参考模型的下三层，其覆盖的地
域在 10m-10km或更大些，计算机数
量由几台到几百台不等。
网络互联技术概述 (2)
? 网络互联的意义
? 提高系统的可靠性
? 改进系统性能
? 增加系统的保密性
? 为联网提供方便
? 增加地理覆盖范围
7.1.2 网络互联的目标与要求
? 在网络之间至少提供 1条物理上互联的链
路及对这条链路的控制规程。
? 在不同网络的进程之间提供合适的路由，
以便交换数据。
? 对用户使用互联网络提供计费服务，它
始终记录着不同网络和不同网关的使用
情况，并维护这些状态信息。
7.1.3 网络互联的功能
? 实现不同寻址模式之间的寻址。实现不同最大
长度的数据包之间的交换。
? 实现不同网络存取机制之间的数据存取。
? 实现不同网络时限之间的传输服务。。
? 实现差错恢复。网络互联服务不应依赖于单个
子网的差错恢复能力，也不应受其干扰。
? 实现不同子网之间的状态报告机制。
? 屏蔽用户接入限制。实现不同服务性质之间的
互联。
网络互联的层次和方式
? 网络互联层次主要是指网络间通过
ISO/OSI七层模型中的哪一层次实现互联
的，它对协议转换的复杂度和端对端的服
务质量都会带来较大的影响。
网络互联设备的功能层次及与
OSI的对应关系 (1)
? 根据网络互联设备工作的层次及其所支持的协议，可
将互联设备分为中继器、集线器、网桥、交换机、路
由器和网关。网络互联通常在四个层次上进行。
网络互联设备的功能层次及与
OSI的对应关系 (2)
? 网络互联的层次
? 物理层互联
? 数据链路层互联
? 网络层互联
? 高层互联
网络互联设备的功能层次及与
OSI的对应关系 (3)
? 网络互联的方式
? 利用中间设备实现网络互联
? 通过 Internet进行网络互联
网络互联设备
? 网络之间互联离不开传输介质、互联接
口和网络线以及网络互联设备。网络互
联设备一般可分为网内互联设备和网间
互联设备。网内互联设备主要有网卡、
集线器、中继器和交换机等。网间互联
设备主要有网桥，路由器及网关等
网卡
? 网络服务器和工作站中都有一块联网的
必要设备：网络接口卡，简称网卡（ NIC，
Network Interface Card），又叫网络适
配器，是 OSI模型中数据链路层的设备
网卡的分类
? 按总线类型分类
? 按网卡的网络标准和技术类型分类
? 根据工作对象和用途分类
? 根据网卡的带宽分类
? 按网卡的接口分类
? 按工作方式分类
网卡的基本工作原理
? 在网络中，网卡的基本功能是提供与网络主机
的接口电路，实现数据缓存器的管理、数据转
换、存取控制、数据链路管理、编码和译码。
网卡的应用技术基础
? 网卡技术
? 网卡驱动程序
? 网卡 I/O技术
? 中断请求号 IRQ
? 直接存储器访问 DMA
? I/O地址空间
服务器网卡
? 一台服务器可能支持几百台客户机，从
而给服务器网卡以沉重的压力。服务器
给网卡提供数据的时间越少，则服务器
用在运行应用程序、进行文件传输和运
行 NOS软件上的时间也就越多。
中继器
? 中继器（ Repeater）也叫转发器，是互联网络线路的
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。中继器是最简单的网络互连设备，它在 OSI
参考模型中最低层上实现局域网的互联，因此也可以
说中继器是一种用于实现网络物理层级互联的产品。
? 由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，
衰减到一定程度时将造成信号失真，由此而导致接收
错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成
物理线路的互联，对衰减的信号进行放大，保持与原
数据相同。通常它们既不能控制路由选择，也没有管
理能力，只能放大电气信号。以此来延伸信号的传播
距离，延长网络的长度。
集线器
? 它是中继器的一种形式，区别在于集线器能够
提供多端口服务，也称为多口中继器。集线器
的端口设有物理和逻辑地址。
? 典型的集线器有多个用户端口，每一个端口支
持一个来自网络节点的互联。所以它是网络连
线的中央互联点，局域网上的很多节点都通过
集线器互相互联。当一个以太网数据包从一个
节点发送到集线器上时，它就被中继（复制）
到集线器中的其它所有端口，互联到其它端口
的所有节点都能“看到”这个数据包。因此，
基于集线器的网络是共享介质的网络。
网桥的定义
? 网桥（ Bridge）也称桥接器，是一种将网络上
的不同网段互联在一起的设备。一般情况下，
被网桥互联的网络系统都具有相同的逻辑链路
控制（ LLC）规程，但介质访问控制（ MAC）
协议可以不同，所以网桥可以完成具有相同或
相似体系结构网络系统的互联。网桥是 OSI的
第二层 ——数据链路层的互联设备，准确地说
它工作在 MAC子层上。即在数据链路层上实现
网络系统的互联。
网桥的主要功能
? 转发
? 协议转换
? 分帧和重组
? 网桥的管理功能
网桥的工作原理
? 网桥互联的两个局域网可以基于同一种标准，也可以
基于两种不同类型的标准。当网桥收到一个数据帧后，
首先将它传送到数据链路层进行差错校验，然后再送
至物理层，通过物理层传输机制再传送到另一个网上，
在转发帧之前，网桥对帧的格式和内容不做或只做很
少的修改。网桥一般都设有足够的缓冲区，有些网桥
还具有一定的路由选择功能，通过筛选网络中一些不
必要的传输来减少网上的信息流量。
? 因此，在网桥上就存在拥挤和超时问题，也就有重发
的可能。如果多次重发均告失败，那么将放弃发送，
并通知目的站点网络可能有故障。
网桥的特点
? 网桥具有两个特点，即具有过滤功能和
高层协议的透明性。
网桥的种类
? 根据两个不同的网段所处的位置，网桥
可分为本地网桥和远程网桥两种。
网桥的使用
? 网桥在读一个信息帧时，只需查看媒体接入控制层源
地址和目标地址就可以确定帧的去向，而不必关心更
详细的内容，因此，闸桥可以忽略上层的网络协议，
而使用统一的帧格式互联 DECnet,TCP/IP或 XNS等网
络。
? 网桥一方面通过一致的协议互联局域网，使物理上独
立的网段看起来像单一的网络；另一方面，它将局域
网分成离散的网段，不但可以有效地消除拥挤，提高
网络性能，还可方便网络控制和管理。
? 随着交换技术的发展，网桥已逐步被交换机取代。这
是因为网络交换机不但结合了电话交换机和网桥的技
术，而且大大提高了端口的密度，因此，从技术上说，
交换机已经完全可以取代网桥。
交换机的概念
? 交换机（ Switch）也称为交换器，是使
用非屏蔽双绞线构建星型网络所需的帧
交换数据通信中央节点设备。主要运行
于 OSI参考模型第二层，早期的交换机本
质上是转发延迟很小、具有流量控制的
多端口网桥。
交换机功能
? 可以把每个端口所互联的网络工作站分割为独
立的 LAN，每个 LAN成为一个独立的冲突域
? 每个端口都提供专用的带宽，这与 Hub相比则
有了质的区别
? 流量控制
? 采用不同的专用集成电路处理器，交换机担负
着上述任务，还具有网管功能
? 网络管理
交换机的分类
? 按适应的网络来分（根据使用的网络技术）交换机可以分为：以太网交换
机、令牌环交换机,FDDI交换机,ATM交换机、快速以太网交换机等。
? 按产品架构分类，可分为：单台（不可叠堆）、可叠堆集成以及厢体模块
式三类。
? 如果按交换机的应用领域和在网络中的位置来看，可分为：台式交换机、
工作组交换机、主干交换机、企业交换机、分段交换机、端口交换机、网
络交换机等。
? 按网络规模可以分为三级：即企业级、部门级、工作组级。
? 企业级主干网建议采用高速的 FDDI或 ATM交换技术。这主要是因为：企
业主干网要求较高的带宽和较低的延时，而且其覆盖面积、分布范围较广，
传输距离较长。
? 部门级网络可采用快速以太网交换机。这些交换机均有高速链路接口。
? 工作组级网络采用个人以太网交换或共享式集线器。
? 如果按交换机的发展过程划分，最早出现的是最简单的基本的局域网交换
机，然后出现了多层交换机，现在又出现了多协议型局域网交换机。
以太网交换机结构
? 软件执行交换结构
? 矩阵交换结构
? 总线交换结构
? 共享存储器交换结构
软件执行交换结构
? 这种结构存在于先期的一些交换
机产品中，它的结构实际上借助
于 CPU与 RAM的硬件环境，以特
定的软件来实现交换机端口之间
的帧的交换。如图 7-8所示。自 A
端口输入串行传输的帧，进人交
换机后，把帧的串行代码转换成
并行代码暂存在快速 RAM中，此
时 CPU检查帧中目的地址，并把
帧的目的地址与 RAM中已经存在
的端口 -地址表相比较，获得输出
端口号 B，这样输入与输出端口
间就建立子交换互联，此后，即
把 RAM中寄存的帧馈向输出端口，
并把并行代码再转换成串行代码
自输出端口输出。
矩阵交换结构
? 随着 VLSI芯片技术的发
展，使得构成一个以太
网交换机完全采用硬件
的方法来实现，图所示
是一个矩阵交换结构的
交换机，也叫“十字线”
交换机。其内部主要由 4
部分组成：输入、输出、
交换矩阵以及控制处理。
总线交换结构
? 当前有许多厂家的交换机产
品采用总线交换结构，如图
所示，在交换机的母板上配
置了一条总线，采用时分复
用技术，各个端口均可以往
总线上发送帧，即各个输入
端口所发送到总线上的帧均
按时隙在总线上传输。对于
输出端口，当帧输入时，根
据帧的目的地址获得输出端
口号，在确定的端口上输出
帧。
共享存储器交换结构
? 共享存储器交换结构的
特点是使用大量的高速
RAM来输入数据，如图
所示。由于数通过存储
器直接从输入传输到输
出，因而交换机的结构
比较简单，交换机中可
以不需要背板，比较容
易实现。但 RAM操作会
产生延时，且冗余结构
比较复杂，所以该结构
最适合小型交换机。
以太网交换机的数据交换方式
? 静态交换与动态交换
? 存储转发方式（ Store and Forward）
? 穿通交换方式（ Cut through）
? 改进型穿通交换方式（改进型 Cut
through）
交换机的主要技术指标
? 交换机的主要技术指标是网络系统集成
设备选型的重要依据。交换机的主要指
标有：背板带宽、包转发率、端口类型、
端口速率、端口密度、冗余模块、堆叠
能力,VLAN数量,MAC地址数量、三层
交换能力等。
路由器的基本概念
? 路由器是工作在 OSI参考模型第三层 ——网络层的数据包转发设备。
路由器通过转发数据包来实现网络互连。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互联，
可用完全不同的数据分组和介质访问方法互联各种子网。它只接
收源站或其他路由器的信息，而不关心各子网所使用的硬件设备，
但要求运行与网络层协议相一致的软件。虽然路由器可以支持多
种协议（如 TCP/IP,IPX/SPX,AppleTalk等协议），但是在我国
绝大多数路由器运行 TCP/IP协议。
? 路由器通常连接两个或多个由 IP子网或点到点协议标识的逻辑端
口，至少拥有 1个物理端口。路由器根据收到数据包中的网络层
地址以及路由器内部维护的路由表决定输出端口以及下一跳地址,并且重写链路层数据包头实现转发数据包。
路由器的基本功能
? 互联功能
? 网络地址判断、最佳路由选择和数据处理功能
? 设备管理功能
? 路由器可支持复杂的网络拓扑结构
? 在广域网和局域网环境中利用复杂包过滤功能
提供安全保障
? 建立分层网络，并利用委派管理权力方式，促
进互联网分立区的本地管理
? 灵活集成完全不同的数据互联路，如以太网、
快速以太网、标记环,FDDI和 ATM
路由器的作用
? 对于不同规模的网络，路由器作用的侧重点有所不同。
? 在主干网中，路由器的主要作用是路由选择。主干网
上的路由器必须知道达所有下层网络的路径，因此需
要维护庞大的路由表，并对互联状态的变化作出尽可
能迅速的反应。
? 在地区网中，路由器的主要作用是网络互联和路由选
择。
? 在局域网内部，路由器的主要作用是分隔子网。路由
器是唯一能够分隔子网的设备，它负责子网间的报文
转发和广播隔离，在边界上的路由器则负责与上层网
络的互联。
路由器的优点
? 适用于大规模的网络
? 复杂的网络拓扑结构，负载共享和最优路径
? 能更好地处理多媒体
? 安全性高
? 隔离不需要的通信量
? 节省局域网的频宽
? 减少主机负责
路由器的缺点
? 它不支持非路由协议
? 安装复杂
? 价格高
路由器的分类
? 按照性能和价格高低，路由器可分为高端路由
器、中端路由器和低端路由器 ；
? 从结构上分，路由器可分为模块化结构与非模
块化结构 ；
? 从网络位置划分，路由器可分为核心路由器与
接入路由器 ；
? 从功能上划分，路由器可分为通用路由器与专
用路由器 ；
? 从性能上分，路由器可分为线速路由器以及非
线速路由器 ；
路由器的组成结构
? 采用传统的计算机结构
? 采用并行处理的结构
? 背板采用纵横式交换结构
? 并行处理与背板交换相结合的结构
? 路由器互联体系结构
路由器的工作流程及工作原理
? 接收帧，并分解 IP数据
包
? IP包头合法性验证
? IP数据包选项处理
? IP数据包本地提交和转
发
? 路由与寻址
? 转发验证
? TTL处理
? 数据包分段
? 链路层寻址
路由器组网特点
? 网络的互连
? 网络的隔离
? 流量的控制
Cisco路由器的组成
? 路由器 CPU：路由器 CPU与 PC机的 CPU完成的功能类似，为路由
器提供了处理能力。不同档次、不同型号的路由器所配套的 CPU
也不同。
? 路由器内存组件,Cisco路由器总共有四种不同的内存,
? ROM：只读存储器，类似于 PC机的 BIOS。存放加电自检及启动程序，
还有路由器操作系统软件 IOS的全部或部分。一般使用 EPROM芯片，
使其更易于升级。
? NVRAM：非易失性 RAM，存放路由器的启动配置文件。它是可擦写
的，你可将修改过后的新配置写入。路由器掉电重新启动后，可以
从 NVRAM中读取配置信息，无需重新配置。
? Flash RAM：闪速 RAM，这是一种特殊的 ROM，可擦写、可编程，用
于存储 IOS的其它版本，可根据需要添加。
? RAM：随机 RAM，类似于 PC机的内存，用于存放一些临时信息，其
中包括路由表、以及当前运行的路由器配置（只有将改变写入
NVRAM后，下次重启路由器时才会起作用）。
。
网桥与路由器的比较
? 网桥在数据链路层上实现中继，其主要功能是在互联局域网间转
发数据帧。路由器在网络层实现数据中继，可以使用带路径信息
的逻辑地址，对数据包有拆装功能，并可以进行有效的流控和路
径选择，完成比网桥更复杂的功能。
网桥 路由器
中继层次 数据链路层 网络层
互联网络 同种类型 同种或异种类
型
网络规模 小 大
不同速率网络
互联
不合适 合适
防火墙功能 较弱 强
网关
? 网关（ Gateway）是互联两个协议差别很大的计算机网络时使用
的设备。它可以将具有不同体系结构的计算机网络互联在一起。 在 OSI/RM中，网关属于最高层（应用层）的设备，如图 7-1所示。
当互联不同类型而且协议差别较大的网络时，需要选用网关设备。
它在使用不同通信协议、数据格式化结构、语言和体系结构的两
个系统里，充当转换器角色，能解释和翻译两个网络使用的不同
协议。
? 网关涉及 OSI参考模型的全部功能，用于对两个不同的网络系统
进行一到七层的转换。
? 网关的实现非常复杂，工作效率也很难提高，一般只提供有限几
种协议的转换功能。常见的网关设备都是用于网络中心的大型计
算机系统之间的互联，为普通用户访问更多类型的大型计算机系 统提供帮助。
? 网关的硬件部分通常是一台计算机，作为每个网络或一个网络的
节点，也可作为其他网络主机系统的外部设备而存在。
网关的分类
? 在 OSI中，网关有两种：一种是面向连接的网关，一种是无连接
的网关。面向连接的网关用于虚电路网络的互连。
? 第 3层网关、第 4层网关。第 3层网关讨论网关怎样获得路由；第 4
层网关讨论网关在传输层所能发挥的作用。
? 内部网关和外部网关，或者将网关分为核心网关和非核心网关。
? 核心网关是由网络管理操作中心进行控制。受各个部门控制的称
为非核心网关。
? （电子邮件网关和因特网网关。
? 网络里使用不同电子邮件网关把信息转换成电子邮件信息的 X.400
格式。 X.400系统扮演着电子邮件交换系统的角色。
网关的协议
? 网关的协议主要有：网关到网关协议
GGP（ Gateway-to-Gateway Protocol），
它主要进行路由选择信息的交换。
? 外部网关协议 EGP（ Exterior Gateway
Protocol）用于两个自治系统（局域网）
之间路由选择信息的交换。自治系统采
用 EGP向 GGP通报内部路径。
网关的功能
? 完成互联网络间协议的转化。
? 完成报文的存储转发和流量控制。
? 完成应用层的互通及互联网间网络管理
功能。
? 提供虚电路接口及相应的服务。
局域网互联
? 局域网的应用已相当广泛，今后将更加
普及，如何将一个单位的多个局域网互
联起来，形成一个规模更大的本地局域
网？如何将一个企业的本地局域网与远
地局域网或远程主机互联起来？这是本
节要讨论的问题。目前，已经出现了多
种局域网互联方式。
本地局域网互联方式
? 用网桥 /路由器实现互联
? 内部网桥 /路由器
? 外部网桥 /路由器
? 利用 FDDI实现互联
? 利用路由器或交换集线器互联网络
? 利用路由器实现局域网互联
? 利用交换集线器实现互联
远程局域网互联方式
? 租用专线
? 利用 X.25分组交换网互联
? 利用帧中继实现局域网互联
? 利用 ATM网实现远程局域网的互联
广域网互联
? 广域网的互联，一般使用路由器或网关
在网络层及其以下各层实现协议转换。
广域网的互联方式分无连接和面向连接
两种。
无连接的网际互联方式
? 无连接互联方式是采用互联网协议 IP，通过 IP路由器
将网络互联起来。这里加上“无连接”是为了强调这
种互联方式向传输层提供的是无连接服务。也就是说，
不论互联的各子网之间有多少差异，比如提供无连接
服务的以太网还是提供面向连接服务的 X.25网，当上
升到互联网络层时，整个网络都是按同一个 IP协议来
工作，向传输层提供无连接服务。当今，十分流行的
Internet就是采用这种互联方式。
? 当一些网络经过路由器或网关互联起来组成互联网络
时，路由器或网关相应于分组交换网中的交换结点，
被互联的各子网对应于分组交换网中的传输链路,
面向连接的网际互联
? 由于分组交换网采用的 X25协议，提供面向连
接的服务，虽然可用 IP实现其互联，但不能充
分利用所提供的面向连接服务。基于此点，
CCITT于 1978年提出了用于实现 X.25公用数据
网互联的 X.75建议书，作为 X.25协议的一种补
充，在 1984年又提出了 X.75的修改版本，用以
实现面向连接的网际互联。因此，实现面向连
接的网际互联的前提是被连子网提供面向连接
的服务。
思考与练习题
? 1．简述网络互联的意义、
功能、层次和方式。
? 2．常用的网络互联设备
有哪些？
? 3．简述网卡的分类和基
本工作原理。
? 4．如何设置网卡的 IRQ
值,I/O地址和 DMA通道
号等三个参数？
? 5．服务器网卡的主要技
术指标有哪些？
? 6．简述网桥的种类、功
能。网桥是怎样将网络
互连的？
? 7．路由器与网桥在性能
上有哪些差异？
? 8．简述交换机的分类、
功能及结构。
? 9．以太网交换机有哪几
种数据交换方式？
? 10．交换机的主要技术
指标有哪些？
第 7章完
谢谢大家！
谢谢大家！
谢谢大家！
网络互联技术是指将网络中不同的网段、子网相互连接
起来的技术和方法。网络互联的目的是解决各网段、子
网间的数据流通，使各子网内的资源能够共享。随着网
络技术的迅速发展，网络的互联（包括连接）变得日益
重要，网络互联技术已成为网络系统集成技术中的一个
主要方面。
本章主要内容
? 网络互联技术概述
? 网络互联设备
? 局域网互联
? 广域网互联
7.1 网络互联技术概述 (1)
局域网是计算机通信网的重要组成部分，
但至今人们还很难给局域网一个严格
的定义。 它只是一种通信网，仅有
OSI参考模型的下三层，其覆盖的地
域在 10m-10km或更大些，计算机数
量由几台到几百台不等。
网络互联技术概述 (2)
? 网络互联的意义
? 提高系统的可靠性
? 改进系统性能
? 增加系统的保密性
? 为联网提供方便
? 增加地理覆盖范围
7.1.2 网络互联的目标与要求
? 在网络之间至少提供 1条物理上互联的链
路及对这条链路的控制规程。
? 在不同网络的进程之间提供合适的路由，
以便交换数据。
? 对用户使用互联网络提供计费服务，它
始终记录着不同网络和不同网关的使用
情况，并维护这些状态信息。
7.1.3 网络互联的功能
? 实现不同寻址模式之间的寻址。实现不同最大
长度的数据包之间的交换。
? 实现不同网络存取机制之间的数据存取。
? 实现不同网络时限之间的传输服务。。
? 实现差错恢复。网络互联服务不应依赖于单个
子网的差错恢复能力，也不应受其干扰。
? 实现不同子网之间的状态报告机制。
? 屏蔽用户接入限制。实现不同服务性质之间的
互联。
网络互联的层次和方式
? 网络互联层次主要是指网络间通过
ISO/OSI七层模型中的哪一层次实现互联
的，它对协议转换的复杂度和端对端的服
务质量都会带来较大的影响。
网络互联设备的功能层次及与
OSI的对应关系 (1)
? 根据网络互联设备工作的层次及其所支持的协议，可
将互联设备分为中继器、集线器、网桥、交换机、路
由器和网关。网络互联通常在四个层次上进行。
网络互联设备的功能层次及与
OSI的对应关系 (2)
? 网络互联的层次
? 物理层互联
? 数据链路层互联
? 网络层互联
? 高层互联
网络互联设备的功能层次及与
OSI的对应关系 (3)
? 网络互联的方式
? 利用中间设备实现网络互联
? 通过 Internet进行网络互联
网络互联设备
? 网络之间互联离不开传输介质、互联接
口和网络线以及网络互联设备。网络互
联设备一般可分为网内互联设备和网间
互联设备。网内互联设备主要有网卡、
集线器、中继器和交换机等。网间互联
设备主要有网桥，路由器及网关等
网卡
? 网络服务器和工作站中都有一块联网的
必要设备：网络接口卡，简称网卡（ NIC，
Network Interface Card），又叫网络适
配器，是 OSI模型中数据链路层的设备
网卡的分类
? 按总线类型分类
? 按网卡的网络标准和技术类型分类
? 根据工作对象和用途分类
? 根据网卡的带宽分类
? 按网卡的接口分类
? 按工作方式分类
网卡的基本工作原理
? 在网络中，网卡的基本功能是提供与网络主机
的接口电路，实现数据缓存器的管理、数据转
换、存取控制、数据链路管理、编码和译码。
网卡的应用技术基础
? 网卡技术
? 网卡驱动程序
? 网卡 I/O技术
? 中断请求号 IRQ
? 直接存储器访问 DMA
? I/O地址空间
服务器网卡
? 一台服务器可能支持几百台客户机，从
而给服务器网卡以沉重的压力。服务器
给网卡提供数据的时间越少，则服务器
用在运行应用程序、进行文件传输和运
行 NOS软件上的时间也就越多。
中继器
? 中继器（ Repeater）也叫转发器，是互联网络线路的
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。中继器是最简单的网络互连设备，它在 OSI
参考模型中最低层上实现局域网的互联，因此也可以
说中继器是一种用于实现网络物理层级互联的产品。
? 由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，
衰减到一定程度时将造成信号失真，由此而导致接收
错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成
物理线路的互联，对衰减的信号进行放大，保持与原
数据相同。通常它们既不能控制路由选择，也没有管
理能力，只能放大电气信号。以此来延伸信号的传播
距离，延长网络的长度。
集线器
? 它是中继器的一种形式，区别在于集线器能够
提供多端口服务，也称为多口中继器。集线器
的端口设有物理和逻辑地址。
? 典型的集线器有多个用户端口，每一个端口支
持一个来自网络节点的互联。所以它是网络连
线的中央互联点，局域网上的很多节点都通过
集线器互相互联。当一个以太网数据包从一个
节点发送到集线器上时，它就被中继（复制）
到集线器中的其它所有端口，互联到其它端口
的所有节点都能“看到”这个数据包。因此，
基于集线器的网络是共享介质的网络。
网桥的定义
? 网桥（ Bridge）也称桥接器，是一种将网络上
的不同网段互联在一起的设备。一般情况下，
被网桥互联的网络系统都具有相同的逻辑链路
控制（ LLC）规程，但介质访问控制（ MAC）
协议可以不同，所以网桥可以完成具有相同或
相似体系结构网络系统的互联。网桥是 OSI的
第二层 ——数据链路层的互联设备，准确地说
它工作在 MAC子层上。即在数据链路层上实现
网络系统的互联。
网桥的主要功能
? 转发
? 协议转换
? 分帧和重组
? 网桥的管理功能
网桥的工作原理
? 网桥互联的两个局域网可以基于同一种标准，也可以
基于两种不同类型的标准。当网桥收到一个数据帧后，
首先将它传送到数据链路层进行差错校验，然后再送
至物理层，通过物理层传输机制再传送到另一个网上，
在转发帧之前，网桥对帧的格式和内容不做或只做很
少的修改。网桥一般都设有足够的缓冲区，有些网桥
还具有一定的路由选择功能，通过筛选网络中一些不
必要的传输来减少网上的信息流量。
? 因此，在网桥上就存在拥挤和超时问题，也就有重发
的可能。如果多次重发均告失败，那么将放弃发送，
并通知目的站点网络可能有故障。
网桥的特点
? 网桥具有两个特点，即具有过滤功能和
高层协议的透明性。
网桥的种类
? 根据两个不同的网段所处的位置，网桥
可分为本地网桥和远程网桥两种。
网桥的使用
? 网桥在读一个信息帧时，只需查看媒体接入控制层源
地址和目标地址就可以确定帧的去向，而不必关心更
详细的内容，因此，闸桥可以忽略上层的网络协议，
而使用统一的帧格式互联 DECnet,TCP/IP或 XNS等网
络。
? 网桥一方面通过一致的协议互联局域网，使物理上独
立的网段看起来像单一的网络；另一方面，它将局域
网分成离散的网段，不但可以有效地消除拥挤，提高
网络性能，还可方便网络控制和管理。
? 随着交换技术的发展，网桥已逐步被交换机取代。这
是因为网络交换机不但结合了电话交换机和网桥的技
术，而且大大提高了端口的密度，因此，从技术上说，
交换机已经完全可以取代网桥。
交换机的概念
? 交换机（ Switch）也称为交换器，是使
用非屏蔽双绞线构建星型网络所需的帧
交换数据通信中央节点设备。主要运行
于 OSI参考模型第二层，早期的交换机本
质上是转发延迟很小、具有流量控制的
多端口网桥。
交换机功能
? 可以把每个端口所互联的网络工作站分割为独
立的 LAN，每个 LAN成为一个独立的冲突域
? 每个端口都提供专用的带宽，这与 Hub相比则
有了质的区别
? 流量控制
? 采用不同的专用集成电路处理器，交换机担负
着上述任务，还具有网管功能
? 网络管理
交换机的分类
? 按适应的网络来分（根据使用的网络技术）交换机可以分为：以太网交换
机、令牌环交换机,FDDI交换机,ATM交换机、快速以太网交换机等。
? 按产品架构分类，可分为：单台（不可叠堆）、可叠堆集成以及厢体模块
式三类。
? 如果按交换机的应用领域和在网络中的位置来看，可分为：台式交换机、
工作组交换机、主干交换机、企业交换机、分段交换机、端口交换机、网
络交换机等。
? 按网络规模可以分为三级：即企业级、部门级、工作组级。
? 企业级主干网建议采用高速的 FDDI或 ATM交换技术。这主要是因为：企
业主干网要求较高的带宽和较低的延时，而且其覆盖面积、分布范围较广，
传输距离较长。
? 部门级网络可采用快速以太网交换机。这些交换机均有高速链路接口。
? 工作组级网络采用个人以太网交换或共享式集线器。
? 如果按交换机的发展过程划分，最早出现的是最简单的基本的局域网交换
机，然后出现了多层交换机，现在又出现了多协议型局域网交换机。
以太网交换机结构
? 软件执行交换结构
? 矩阵交换结构
? 总线交换结构
? 共享存储器交换结构
软件执行交换结构
? 这种结构存在于先期的一些交换
机产品中，它的结构实际上借助
于 CPU与 RAM的硬件环境，以特
定的软件来实现交换机端口之间
的帧的交换。如图 7-8所示。自 A
端口输入串行传输的帧，进人交
换机后，把帧的串行代码转换成
并行代码暂存在快速 RAM中，此
时 CPU检查帧中目的地址，并把
帧的目的地址与 RAM中已经存在
的端口 -地址表相比较，获得输出
端口号 B，这样输入与输出端口
间就建立子交换互联，此后，即
把 RAM中寄存的帧馈向输出端口，
并把并行代码再转换成串行代码
自输出端口输出。
矩阵交换结构
? 随着 VLSI芯片技术的发
展，使得构成一个以太
网交换机完全采用硬件
的方法来实现，图所示
是一个矩阵交换结构的
交换机，也叫“十字线”
交换机。其内部主要由 4
部分组成：输入、输出、
交换矩阵以及控制处理。
总线交换结构
? 当前有许多厂家的交换机产
品采用总线交换结构，如图
所示，在交换机的母板上配
置了一条总线，采用时分复
用技术，各个端口均可以往
总线上发送帧，即各个输入
端口所发送到总线上的帧均
按时隙在总线上传输。对于
输出端口，当帧输入时，根
据帧的目的地址获得输出端
口号，在确定的端口上输出
帧。
共享存储器交换结构
? 共享存储器交换结构的
特点是使用大量的高速
RAM来输入数据，如图
所示。由于数通过存储
器直接从输入传输到输
出，因而交换机的结构
比较简单，交换机中可
以不需要背板，比较容
易实现。但 RAM操作会
产生延时，且冗余结构
比较复杂，所以该结构
最适合小型交换机。
以太网交换机的数据交换方式
? 静态交换与动态交换
? 存储转发方式（ Store and Forward）
? 穿通交换方式（ Cut through）
? 改进型穿通交换方式（改进型 Cut
through）
交换机的主要技术指标
? 交换机的主要技术指标是网络系统集成
设备选型的重要依据。交换机的主要指
标有：背板带宽、包转发率、端口类型、
端口速率、端口密度、冗余模块、堆叠
能力,VLAN数量,MAC地址数量、三层
交换能力等。
路由器的基本概念
? 路由器是工作在 OSI参考模型第三层 ——网络层的数据包转发设备。
路由器通过转发数据包来实现网络互连。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互联，
可用完全不同的数据分组和介质访问方法互联各种子网。它只接
收源站或其他路由器的信息，而不关心各子网所使用的硬件设备，
但要求运行与网络层协议相一致的软件。虽然路由器可以支持多
种协议（如 TCP/IP,IPX/SPX,AppleTalk等协议），但是在我国
绝大多数路由器运行 TCP/IP协议。
? 路由器通常连接两个或多个由 IP子网或点到点协议标识的逻辑端
口，至少拥有 1个物理端口。路由器根据收到数据包中的网络层
地址以及路由器内部维护的路由表决定输出端口以及下一跳地址,并且重写链路层数据包头实现转发数据包。
路由器的基本功能
? 互联功能
? 网络地址判断、最佳路由选择和数据处理功能
? 设备管理功能
? 路由器可支持复杂的网络拓扑结构
? 在广域网和局域网环境中利用复杂包过滤功能
提供安全保障
? 建立分层网络，并利用委派管理权力方式，促
进互联网分立区的本地管理
? 灵活集成完全不同的数据互联路，如以太网、
快速以太网、标记环,FDDI和 ATM
路由器的作用
? 对于不同规模的网络，路由器作用的侧重点有所不同。
? 在主干网中，路由器的主要作用是路由选择。主干网
上的路由器必须知道达所有下层网络的路径，因此需
要维护庞大的路由表，并对互联状态的变化作出尽可
能迅速的反应。
? 在地区网中，路由器的主要作用是网络互联和路由选
择。
? 在局域网内部，路由器的主要作用是分隔子网。路由
器是唯一能够分隔子网的设备，它负责子网间的报文
转发和广播隔离，在边界上的路由器则负责与上层网
络的互联。
路由器的优点
? 适用于大规模的网络
? 复杂的网络拓扑结构，负载共享和最优路径
? 能更好地处理多媒体
? 安全性高
? 隔离不需要的通信量
? 节省局域网的频宽
? 减少主机负责
路由器的缺点
? 它不支持非路由协议
? 安装复杂
? 价格高
路由器的分类
? 按照性能和价格高低，路由器可分为高端路由
器、中端路由器和低端路由器 ；
? 从结构上分，路由器可分为模块化结构与非模
块化结构 ；
? 从网络位置划分，路由器可分为核心路由器与
接入路由器 ；
? 从功能上划分，路由器可分为通用路由器与专
用路由器 ；
? 从性能上分，路由器可分为线速路由器以及非
线速路由器 ；
路由器的组成结构
? 采用传统的计算机结构
? 采用并行处理的结构
? 背板采用纵横式交换结构
? 并行处理与背板交换相结合的结构
? 路由器互联体系结构
路由器的工作流程及工作原理
? 接收帧，并分解 IP数据
包
? IP包头合法性验证
? IP数据包选项处理
? IP数据包本地提交和转
发
? 路由与寻址
? 转发验证
? TTL处理
? 数据包分段
? 链路层寻址
路由器组网特点
? 网络的互连
? 网络的隔离
? 流量的控制
Cisco路由器的组成
? 路由器 CPU：路由器 CPU与 PC机的 CPU完成的功能类似，为路由
器提供了处理能力。不同档次、不同型号的路由器所配套的 CPU
也不同。
? 路由器内存组件,Cisco路由器总共有四种不同的内存,
? ROM：只读存储器，类似于 PC机的 BIOS。存放加电自检及启动程序，
还有路由器操作系统软件 IOS的全部或部分。一般使用 EPROM芯片，
使其更易于升级。
? NVRAM：非易失性 RAM，存放路由器的启动配置文件。它是可擦写
的，你可将修改过后的新配置写入。路由器掉电重新启动后，可以
从 NVRAM中读取配置信息，无需重新配置。
? Flash RAM：闪速 RAM，这是一种特殊的 ROM，可擦写、可编程，用
于存储 IOS的其它版本，可根据需要添加。
? RAM：随机 RAM，类似于 PC机的内存，用于存放一些临时信息，其
中包括路由表、以及当前运行的路由器配置（只有将改变写入
NVRAM后，下次重启路由器时才会起作用）。
。
网桥与路由器的比较
? 网桥在数据链路层上实现中继，其主要功能是在互联局域网间转
发数据帧。路由器在网络层实现数据中继，可以使用带路径信息
的逻辑地址，对数据包有拆装功能，并可以进行有效的流控和路
径选择，完成比网桥更复杂的功能。
网桥 路由器
中继层次 数据链路层 网络层
互联网络 同种类型 同种或异种类
型
网络规模 小 大
不同速率网络
互联
不合适 合适
防火墙功能 较弱 强
网关
? 网关（ Gateway）是互联两个协议差别很大的计算机网络时使用
的设备。它可以将具有不同体系结构的计算机网络互联在一起。 在 OSI/RM中，网关属于最高层（应用层）的设备，如图 7-1所示。
当互联不同类型而且协议差别较大的网络时，需要选用网关设备。
它在使用不同通信协议、数据格式化结构、语言和体系结构的两
个系统里，充当转换器角色，能解释和翻译两个网络使用的不同
协议。
? 网关涉及 OSI参考模型的全部功能，用于对两个不同的网络系统
进行一到七层的转换。
? 网关的实现非常复杂，工作效率也很难提高，一般只提供有限几
种协议的转换功能。常见的网关设备都是用于网络中心的大型计
算机系统之间的互联，为普通用户访问更多类型的大型计算机系 统提供帮助。
? 网关的硬件部分通常是一台计算机，作为每个网络或一个网络的
节点，也可作为其他网络主机系统的外部设备而存在。
网关的分类
? 在 OSI中，网关有两种：一种是面向连接的网关，一种是无连接
的网关。面向连接的网关用于虚电路网络的互连。
? 第 3层网关、第 4层网关。第 3层网关讨论网关怎样获得路由；第 4
层网关讨论网关在传输层所能发挥的作用。
? 内部网关和外部网关，或者将网关分为核心网关和非核心网关。
? 核心网关是由网络管理操作中心进行控制。受各个部门控制的称
为非核心网关。
? （电子邮件网关和因特网网关。
? 网络里使用不同电子邮件网关把信息转换成电子邮件信息的 X.400
格式。 X.400系统扮演着电子邮件交换系统的角色。
网关的协议
? 网关的协议主要有：网关到网关协议
GGP（ Gateway-to-Gateway Protocol），
它主要进行路由选择信息的交换。
? 外部网关协议 EGP（ Exterior Gateway
Protocol）用于两个自治系统（局域网）
之间路由选择信息的交换。自治系统采
用 EGP向 GGP通报内部路径。
网关的功能
? 完成互联网络间协议的转化。
? 完成报文的存储转发和流量控制。
? 完成应用层的互通及互联网间网络管理
功能。
? 提供虚电路接口及相应的服务。
局域网互联
? 局域网的应用已相当广泛，今后将更加
普及，如何将一个单位的多个局域网互
联起来，形成一个规模更大的本地局域
网？如何将一个企业的本地局域网与远
地局域网或远程主机互联起来？这是本
节要讨论的问题。目前，已经出现了多
种局域网互联方式。
本地局域网互联方式
? 用网桥 /路由器实现互联
? 内部网桥 /路由器
? 外部网桥 /路由器
? 利用 FDDI实现互联
? 利用路由器或交换集线器互联网络
? 利用路由器实现局域网互联
? 利用交换集线器实现互联
远程局域网互联方式
? 租用专线
? 利用 X.25分组交换网互联
? 利用帧中继实现局域网互联
? 利用 ATM网实现远程局域网的互联
广域网互联
? 广域网的互联，一般使用路由器或网关
在网络层及其以下各层实现协议转换。
广域网的互联方式分无连接和面向连接
两种。
无连接的网际互联方式
? 无连接互联方式是采用互联网协议 IP，通过 IP路由器
将网络互联起来。这里加上“无连接”是为了强调这
种互联方式向传输层提供的是无连接服务。也就是说，
不论互联的各子网之间有多少差异，比如提供无连接
服务的以太网还是提供面向连接服务的 X.25网，当上
升到互联网络层时，整个网络都是按同一个 IP协议来
工作，向传输层提供无连接服务。当今，十分流行的
Internet就是采用这种互联方式。
? 当一些网络经过路由器或网关互联起来组成互联网络
时，路由器或网关相应于分组交换网中的交换结点，
被互联的各子网对应于分组交换网中的传输链路,
面向连接的网际互联
? 由于分组交换网采用的 X25协议，提供面向连
接的服务，虽然可用 IP实现其互联，但不能充
分利用所提供的面向连接服务。基于此点，
CCITT于 1978年提出了用于实现 X.25公用数据
网互联的 X.75建议书，作为 X.25协议的一种补
充，在 1984年又提出了 X.75的修改版本，用以
实现面向连接的网际互联。因此，实现面向连
接的网际互联的前提是被连子网提供面向连接
的服务。
思考与练习题
? 1．简述网络互联的意义、
功能、层次和方式。
? 2．常用的网络互联设备
有哪些？
? 3．简述网卡的分类和基
本工作原理。
? 4．如何设置网卡的 IRQ
值,I/O地址和 DMA通道
号等三个参数？
? 5．服务器网卡的主要技
术指标有哪些？
? 6．简述网桥的种类、功
能。网桥是怎样将网络
互连的？
? 7．路由器与网桥在性能
上有哪些差异？
? 8．简述交换机的分类、
功能及结构。
? 9．以太网交换机有哪几
种数据交换方式？
? 10．交换机的主要技术
指标有哪些？
第 7章完
谢谢大家！
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