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清华大学信息网络工程研究中心 《计算机网络》第五章（1） 清华大学信息网络工程研究中心 网络互连技术（一） 第五章 网络互连技术 5.1 网络互连的基本概念 5.2 地址 5.3 路由技术 5.4 交换技术 5.1 网络互连的基本概念 1. 网络互连需要解决的问题 2. 网络层的地位和作用 3. TCP/IP的网络层：IP层交换技术 1. 网络互连需要解决的问题 1）什么是网络互连 2）为什么需要网络互连 3）网络互连提出的问题 4）如何实现网络互连 1）什么是网络互连 互连的概念 互连（interconnection）：强调物理连接 互联（internetworking）：强调逻辑连接 异种网络的概念 低层协议的差异 例如Ethernet与Token Ring 高层协议的差异 例如TCP/IP与Novell 网络连接的概念 网络连接的概念 网络互连 用线路和互连设备连接采用各种不同低层（网络层以下）协议的网络。 网络互联 利用应用程序网关实现采用不同高层（传输层以上）协议的网络之间的逻辑连接。 2）为什么需要网络互连 全球范围的应用需求 通信：电子邮件、IP电话、视频会议 信息服务：信息和资源共享 网络社会化：电子商务、远程教育、远程医疗 大大小小、相互独立的网络存在的必然性 已有的异种网络的客观存在 一个独立网络按层次划分子网的必要性 要求屏蔽异种网络的差异，为上层的各种应用提供数据传输和交换平台。 3）网络互连提出的问题 如何屏蔽异种网络的差异 统一数据格式 统一网络地址 如何实现全网的数据传输和交换 建立跨网络的虚电路 网络之间的数据包寻径、转发 4）如何实现网络互连 路由技术 网络设备：路由器 实现第三层（网络层）数据交换 交换技术 网络设备：网桥和交换机 实现第二层（数据链路层）数据交换 网络设备：第三层交换机 实现第三层（网络层）数据交换 用网桥实现网络互连 冲突域的概念 网桥的功能 网桥的工作原理 网桥存在的问题 冲突域的概念 网段 用同一传输介质连接起来的站点的集合 冲突域（也称广播域） 共享同一传输介质的站点和互连设备的集合 冲突域举例 用同轴电缆连接多个站点构成的网段 用双绞线将站点连接到集线器上形成的网段 用中继器/集线器互连多个网段构成的网络 用HUB实现网络互联 网桥的功能 工作在OSI模型的物理层和数据链路层 实现不同冲突域之间的数据帧交换 网桥具有的主要功能 隔离冲突域 连接不同MAC协议的网段 网桥与中继器的功能比较 隔离冲突域 为什么需要桥 桥的重要目的:过滤流量 网桥的工作原理 透明网桥举例 帧的接收策略（查看帧的地址DA/SA） 相同网络数据交换，丢弃帧 不同网络数据交换，接收帧，转发 帧的转发规则（查看MAC地址表） DA不在表内，用扩散Flooding方式转发帧 DA在表内，按表的指定端口转发帧 用后向学习算法在缓冲区建MAC地址表 透明网桥举例 后向学习过程 初始：所有网桥的MAC地址表为空表 步骤1： A向H发送数据帧Fa 步骤2：网桥B1扩散帧Fa，学习“A在LAN1” 步骤3：网桥B2扩散帧Fa，学习“B1在LAN2” 步骤4： H向A回送数据帧Fh 步骤5：网桥B2转发帧Fh ，学习“H在LAN4” …… 所有站点都主动发送数据后的学习结果 步骤1： A向H发送数据帧Fa 帧Fa 步骤2：网桥B1扩散帧Fa B1从b11接收帧Fa，从b12向LAN2扩散帧Fa B1从Fa的SA学到A 步骤3：网桥B2扩散帧Fa 步骤4： H向A回送数据帧Fh 步骤5：网桥B2转发帧Fh 所有站点都工作的地址表 网桥存在的主要问题 每个网桥都要维护包括全网站点的地址表，占用内存大，处理帧的时间长 每个站点的状态变化都会波及所有网桥，刷新地址表 当网桥扩散不明目的地址的数据帧时，有可能出现该帧转发的环路 用生成树网桥打破环路 网桥的环路（Loop） Broadcasting Storm 由于帧的转发而导致网络中只有广播 生成树算法举例 生成树算法 从根网桥出发 动态发现网络拓扑结构 按最短路径配置转发路径 形成最短路径树 打破环路 2. 网络层的地位和作用 1）网络层是通信子网的最高层 2）网络层为传输层提供分组传输服务 3）典型的服务类型 1）网络层是通信子网的最高层 通信子网结点之间在逻辑上传输网络层数据包。 在通信的两个端点，网络层是通信子网与用户主机的边界。 2）为传输层提供分组传输服务 3）典型的服务类型 不可靠的无连接服务 典型实例：Internet的IP 实现方式：数据报（datagram） 可靠的面向连接服务 典型实例：ATM 实现方式：虚电路（VC） 3. TCP/IP的网络层：IP层 1）IP层的特点 2）IP层的主要协议 3）IP分组的格式 4）IP层与传输层的