第5章 網絡互連技術
主要內容:1、局域網互連
2、網絡互連原理
3、無連接網絡互連、各種路由選擇算法和協議
4、核心路由器體系結構體系
一、局域網互連
1、網絡互連的目的:是將多個網絡互相連接，以實現在更大范圍內的信息交換資源共享和協同工作。
2、局域網互連方式:從距離上分有本地局域網互連和遠程局域網互連即LAN-LAN和LAN-WAN-LAN;從互連所采用的介質區分，有同軸細纜或粗纜(coaxial cable)、各類非屏蔽雙絞線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制位信號，工作在OSI物理層，互連同類型網段，只起到放大信號的作用，驅動長距離通信。又稱集線器(hub)，可分為普通型，可疊加組合型和高檔智能型。
網橋(bridge):使用網橋在局域網之間存儲、轉發幀，工作在OSI數據鏈路層，更準確地說應該位于MAC層，它互連兼容地址的局域網，利用同MAC和MAC地址，以及存儲、轉發功能進行局域網間的信息交換。從應用上分本地網橋和遠程網橋、主干網橋;從幀轉發功能分配分透明網橋和源地址路徑選擇網橋。透明網橋TB的基本功能有學習及過濾、幀轉發和分枝樹算法功能。
(1)網橋作信息幀轉發時要利用地址轉發表，按表中學習到的MAC地址和網橋對應關系，將包準確轉發到該網橋。但如網橋未學習到MAC地址時，便將幀發向除接收口之外的所有接口，這在網橋剛啟動工作時會造成 大量的廣播幀，稱為廣播風暴(broadcast storm)。
(2)擴展樹協議是為了克服由于網橋不具網絡層功能，在常任冗余路徑的網橋中出現信息回路造成網橋癱瘓的問題。IEE802.1定義了分枝樹協議STP，將整個網絡路由定義為無回路的樹形結構。
(3)源地址路徑選擇網橋SRB主要用于標記環IEEE802.5標記環局域網。互連不同型局域網時使用封裝網橋(encapsulation bridging)和轉換橋接方式(translation bridging)和源地址路徑選擇透明網橋SRT。
路由器(router):使用路由器在不同網絡間存儲、轉發分組，工作在OSI網絡層，它需要處理網絡層的數據分組或網絡地址，決定數據分組的轉發，它要決定網橋中信息通信的完整路由。
網關(gateway):使用協議轉換器提供高層接口，工作在應用層。
二、網絡互連原理
1、網絡互連的要求:在網絡之間提供一條鏈路，至少需要一條物理和鏈路控制的鏈路;在不同網絡的進程間提供路徑選擇和傳遞數據;提供各用戶使用網絡的記錄和保持狀態信息;在提供上述服務時不需要修改原有各網絡的網絡結構。
2、網絡互連的功能分類:基本功能，指的是網絡互連必須的功能，即使對那些類型相同的網絡互連也應該具備的功能，它包括不同網絡之間傳送尋址和路徑選擇等。擴展功能，指的是當各種互連的網絡提供不同的服務級別時所需要的功能，包括協議轉換、分組的分段組合和重定序及差錯檢測。3、面向連接運行模式:連到同一子網上的兩個DTE之間可建立一條邏輯的網絡連接。4、無連接運行模式:對應于分組交換網的數據報機制，而面向連接運行對應于虛電路機制。
三、無連接網絡互連
1、IP提供無連接或數據報服務優點:無連接互連網絡設備靈活性較好，對子網要求低;無連接網絡能提供強健的服務;無連接網絡服務對于無連接傳輸層協議最為適用。
2、無連接網絡互連設計主要問題:路由、數據報生命周期，分段和重組，糾錯和流控。
重組:一種重組的方法是在目的站進行重組，其缺點是分成小段的數據通過網絡膽識的效率。另一種重組方法是由中間的路由器進行重組，則也會下列問題:路由器需要大容量緩沖器，還可能發生緩沖器不夠用的情況;一個數據報的所有分段必須使用同一路由，限制了動態路由的使用。
IP數據報報頭中，包含下列內容:數據單元標識(ID)，數據長度，偏移(offset)，還有標識(more flag)。路由器中IP分段的功能:offset=0是整個數據的開始，more-flag=0是整個數據報的結束。
(1)建立兩個新的數據報，它們的頭部就是原先數據報的頭報
(2)以64位為邊界，把原先的數據報分成長度差不多的兩部分，把它們分別放入新的數據報中。第一部分必須是64位的倍數。
(3)把第一個新數據報的長度設置為所插入的數據，把more-flag設置成1，offset不變。
(4)把第二個新數據報的長度設置為所插入的數據，把more-flag設置成0，offset設置成第一部分數據長度除以8。
生命周期:一種是對來到的第一段設置一個生命周期，如果在生命周期內沒有完成重級工作，那么就撤銷已經到達的分段;第二種是利用數據報的生命周期，它包含在每一段的頭部中，若重組工作沒有在數據報生命周期內完成，則撤銷接收到的分段。
四、IP數據報的路由選擇
1、直接傳送和間接傳送
直接傳送將一個數據報從一臺機器經過單個物理網絡直接傳送至目的站點，這是所有internet通信的基礎。只有當兩臺機器連在同一底層物理傳輸系統時，才能采用直接傳送方式。否則只能用間接傳送方式，發送方將數據發送給一個路由器再傳送。
2、IP路由選擇表
路由表存儲各個目的站點以及如何到達目的站點的信息。為了盡可能使用最少的信息進行路由選擇，采用信息隱蔽原則。
路由表的選擇表的大小僅取決于互聯網中網絡的數量，與連到網上的主機的數量無關。IP路由選擇軟件僅需要維護有關目的網絡地址的信息，而與主機地址的信息無關。
保持路由表盡可能小的技術是把多個表項統一到一個默認的情況。
3、ICMP差錯與控制報文協議
(1)為了使互聯網中的路由器報告差錯或提供有關意外的情況信息，在TCP/IP中設計了一個特殊用的報文機制，稱internet控制報文協議ICMP，它是IP的一部分。
(2)ICMP機制:ICMP報文放在一個IP數據報的數據部分中通過互聯網。允許路由器向其他路由器或主機發送差錯或控制報文。ICMP是一個差錯報告機制，它為發生差錯的路由器提供了向初始源站點報告差錯的方法。
(3)ICMP報文格式:由三個字段組成，即一個8位整數的報文類型字段用來標識報文、一個8位代碼字段提供有關報文類型的進一步信息、以及一個16位校驗和字段。
(4)ICMP報文類型:回送請求/應答報文(回送請求/應答、時間戳請求/應答、地址請求/應答)，差錯報告(包括主機不可達報告、超時報告、參數出錯報告)，控制報文(源抑制報文、重定向報文)。
