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計算機四級《網(wǎng)絡(luò)工程師》知識點：網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)
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第5章 網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)
一、局域網(wǎng)互連
1、網(wǎng)絡(luò)互連的目的:是將多個網(wǎng)絡(luò)互相連接，以實現(xiàn)在更大范圍內(nèi)的信息交換資源共享和協(xié)同工作。
2、局域網(wǎng)互連方式:從距離上分有本地局域網(wǎng)互連和遠(yuǎn)程局域網(wǎng)互連即LAN-LAN和LAN-WAN-LAN;從互連所采用的介質(zhì)區(qū)分，有同軸細(xì)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�；蚨嗄９饫w等(optical fiber)連接方式。
3、局域網(wǎng)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(fù)制位信號，工作在OSI物理層，互連同類型網(wǎng)段，只起到放大信號的作用，驅(qū)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(wǎng)橋(bridge):使用網(wǎng)橋在局域網(wǎng)之間存儲、轉(zhuǎn)發(fā)幀，工作在OSI數(shù)據(jù)鏈路層，更準(zhǔn)確地說應(yīng)該位于MAC層，它互連兼容地址的局域網(wǎng)，利用同MAC和MAC地址，以及存儲、轉(zhuǎn)發(fā)功能進行局域網(wǎng)間的信息交換。從應(yīng)用上分本地網(wǎng)橋和遠(yuǎn)程網(wǎng)橋、主干網(wǎng)橋;從幀轉(zhuǎn)發(fā)功能分配分透明網(wǎng)橋和源地址路徑選擇網(wǎng)橋。透明網(wǎng)橋TB的基本功能有學(xué)習(xí)及過濾、幀轉(zhuǎn)發(fā)和分枝樹算法功能。
(1)網(wǎng)橋作信息幀轉(zhuǎn)發(fā)時要利用地址轉(zhuǎn)發(fā)表，按表中學(xué)習(xí)到的MAC地址和網(wǎng)橋?qū)?yīng)關(guān)系，將包準(zhǔn)確轉(zhuǎn)發(fā)到該網(wǎng)橋。但如網(wǎng)橋未學(xué)習(xí)到MAC地址時，便將幀發(fā)向除接收口之外的所有接口，這在網(wǎng)橋剛啟動工作時會造成 大量的廣播幀，稱為廣播風(fēng)暴(broadcast storm)。
(2)擴展樹協(xié)議是為了克服由于網(wǎng)橋不具網(wǎng)絡(luò)層功能，在常任冗余路徑的網(wǎng)橋中出現(xiàn)信息回路造成網(wǎng)橋癱瘓的問題。IEE802.1定義了分枝樹協(xié)議STP，將整個網(wǎng)絡(luò)路由定義為無回路的樹形結(jié)構(gòu)。
(3)源地址路徑選擇網(wǎng)橋SRB主要用于標(biāo)記環(huán)IEEE802.5標(biāo)記環(huán)局域網(wǎng)�；ミB不同型局域網(wǎng)時使用封裝網(wǎng)橋(encapsulation bridging)和轉(zhuǎn)換橋接方式(translation bridging)和源地址路徑選擇透明網(wǎng)橋SRT。
路由器(router):使用路由器在不同網(wǎng)絡(luò)間存儲、轉(zhuǎn)發(fā)分組，工作在OSI網(wǎng)絡(luò)層，它需要處理網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)分組或網(wǎng)絡(luò)地址，決定數(shù)據(jù)分組的轉(zhuǎn)發(fā)，它要決定網(wǎng)橋中信息通信的完整路由。
網(wǎng)關(guān)(gateway):使用協(xié)議轉(zhuǎn)換器提供高層接口，工作在應(yīng)用層。
二、網(wǎng)絡(luò)互連原理
1、網(wǎng)絡(luò)互連的要求:在網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)的進程間提供路徑選擇和傳遞數(shù)據(jù);提供各用戶使用網(wǎng)絡(luò)的記錄和保持狀態(tài)信息;在提供上述服務(wù)時不需要修改原有各網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
2、網(wǎng)絡(luò)互連的功能分類:基本功能，指的是網(wǎng)絡(luò)互連必須的功能，即使對那些類型相同的網(wǎng)絡(luò)互連也應(yīng)該具備的功能，它包括不同網(wǎng)絡(luò)之間傳送尋址和路徑選擇等。擴展功能，指的是當(dāng)各種互連的網(wǎng)絡(luò)提供不同的服務(wù)級別時所需要的功能，包括協(xié)議轉(zhuǎn)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(wǎng)上的兩個DTE之間可建立一條邏輯的網(wǎng)絡(luò)連接。4、無連接運行模式:對應(yīng)于分組交換網(wǎng)的數(shù)據(jù)報機制，而面向連接運行對應(yīng)于虛電路機制。
三、無連接網(wǎng)絡(luò)互連
1、IP提供無連接或數(shù)據(jù)報服務(wù)優(yōu)點:無連接互連網(wǎng)絡(luò)設(shè)備靈活性較好，對子網(wǎng)要求低;無連接網(wǎng)絡(luò)能提供強健的服務(wù);無連接網(wǎng)絡(luò)服務(wù)對于無連接傳輸層協(xié)議最為適用。
2、無連接網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)計主要問題:路由、數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)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(fā)生緩沖器不夠用的情況;一個數(shù)據(jù)報的所有分段必須使用同一路由，限制了動態(tài)路由的使用。
IP數(shù)據(jù)報報頭中，包含下列內(nèi)容:數(shù)據(jù)單元標(biāo)識(ID)，數(shù)據(jù)長度，偏移(offset)，還有標(biāo)識(more flag)。路由器中IP分段的功能:offset=0是整個數(shù)據(jù)的開始，more-flag=0是整個數(shù)據(jù)報的結(jié)束。
(1)建立兩個新的數(shù)據(jù)報，它們的頭部就是原先數(shù)據(jù)報的頭報
(2)以64位為邊界，把原先的數(shù)據(jù)報分成長度差不多的兩部分，把它們分別放入新的數(shù)據(jù)報中。第一部分必須是64位的倍數(shù)。
(3)把第一個新數(shù)據(jù)報的長度設(shè)置為所插入的數(shù)據(jù)，把more-flag設(shè)置成1，offset不變。
(4)把第二個新數(shù)據(jù)報的長度設(shè)置為所插入的數(shù)據(jù)，把more-flag設(shè)置成0，offset設(shè)置成第一部分?jǐn)?shù)據(jù)長度除以8。
生命周期:一種是對來到的第一段設(shè)置一個生命周期，如果在生命周期內(nèi)沒有完成重級工作，那么就撤銷已經(jīng)到達(dá)的分段;第二種是利用數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)報生命周期內(nèi)完成，則撤銷接收到的分段。
四、IP數(shù)據(jù)報的路由選擇
1、直接傳送和間接傳送
直接傳送將一個數(shù)據(jù)報從一臺機器經(jīng)過單個物理網(wǎng)絡(luò)直接傳送至目的站點，這是所有internet通信的基礎(chǔ)。只有當(dāng)兩臺機器連在同一底層物理傳輸系統(tǒng)時，才能采用直接傳送方式。否則只能用間接傳送方式，發(fā)送方將數(shù)據(jù)發(fā)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(dá)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(lián)網(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量，與連到網(wǎng)上的主機的數(shù)量無關(guān)。IP路由選擇軟件僅需要維護有關(guān)目的網(wǎng)絡(luò)地址的信息，而與主機地址的信息無關(guān)。
保持路由表盡可能小的技術(shù)是把多個表項統(tǒng)一到一個默認(rèn)的情況。
3、ICMP差錯與控制報文協(xié)議
(1)為了使互聯(lián)網(wǎng)中的路由器報告差錯或提供有關(guān)意外的情況信息，在TCP/IP中設(shè)計了一個特殊用的報文機制，稱internet控制報文協(xié)議ICMP，它是IP的一部分。
(2)ICMP機制:ICMP報文放在一個IP數(shù)據(jù)報的數(shù)據(jù)部分中通過互聯(lián)網(wǎng)。允許路由器向其他路由器或主機發(fā)送差錯或控制報文。ICMP是一個差錯報告機制，它為發(fā)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(shù)的報文類型字段用來標(biāo)識報文、一個8位代碼字段提供有關(guān)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(yīng)答報文(回送請求/應(yīng)答、時間戳請求/應(yīng)答、地址請求/應(yīng)答)，差錯報告(包括主機不可達(dá)報告、超時報告、參數(shù)出錯報告)，控制報文(源抑制報文、重定向報文)。
五、路由選擇算法
1、距離矢量路由選擇V-D，
2、鏈路狀態(tài)路由選擇或稱最短路徑優(yōu)先算法(SPF)，要求每個參與的路由器都要具有完全的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，只需要完成兩項任務(wù):負(fù)責(zé)檢測所有相鄰路由器狀態(tài);周期地向其他路由器傳遞鏈路狀態(tài)信息。其優(yōu)點:每個路由器用相同的原始狀態(tài)數(shù)據(jù)獨立地計算路由，并不依賴于中間的機器。
六、內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議
在一個自治系統(tǒng)內(nèi)的兩個路由器彼此互為內(nèi)部路由器，使用內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(IGP)，自治系統(tǒng)之間的使用外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP)來通信。
1、路由選擇信息協(xié)議(RIP)采用V-D算法，距離矢量路由選擇算法，分成主動和被動兩類，只有路由器工作在主動模式，主機必須使用被動模式。工作在主動模式的路由器進行監(jiān)聽，并根據(jù)收到的通知更新其路由。以主動方式運行RIP的路由器每間隔30秒廣播一次報文。
RIP對點到點連接和廣播型網(wǎng)絡(luò)兩者都提供支持。RIP分組是通過UDP和IP傳輸?shù)�。RIP進程使用UDP的520端口來進行發(fā)送和接收。
RIP報文格式:報頭32位，命令字為1表示請求部分的或全部的路由選擇信息。命令字為2表示響應(yīng)，包含發(fā)送方路由選擇表內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)地址和距離值一對信息。
2、IGRP，運行頻率比較低，每90秒更新;路由更新的每一項都包含一個四種度量制式，即延遲、帶寬、可靠性、負(fù)載;采用保守式預(yù)防環(huán)路的保護措施、選擇多路徑路由以及處理默認(rèn)路由器的手段等。
3、開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議OSPF
優(yōu)點:計算迅速，無環(huán)路的收斂性;支持精確的度量值，也能支持多重度量制式;支持通往一個目的站點的多重路徑;能區(qū)分不同的外部路由。是基于鏈路狀態(tài)路由選擇算法SPF。
OSPF報文報頭格式:24個8位組報頭，共有五種類型的報文類型，類型1)hello;2)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫描述;3)鏈路狀態(tài)請求;4)鏈路狀態(tài)更新;5)鏈路狀態(tài)確認(rèn)。
Hello報文的兩種功能:檢測鏈路狀態(tài)是否可用;在廣播型與非廣播型網(wǎng)絡(luò)上選擇指定網(wǎng)絡(luò)路由器及后備。
七、外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議
1、兩個交換路由選擇信息的路由器若分別屬于兩個自治系統(tǒng)，則稱為外部鄰站。外部鄰站使用的向其他自治系統(tǒng)通知可達(dá)的信息的協(xié)議稱為外部網(wǎng)關(guān)協(xié)議(EGP)
2、EGP有三種功能:它支持鄰站獵取機制，允許一個路由器請求另一個路由器同意交換可達(dá)信息;路由器持續(xù)地測試其鄰站是否有響應(yīng);EGP鄰站周期地傳送路由更新報文來交換網(wǎng)絡(luò)可達(dá)的信息。
3、EGP定義了9種報文類型，它允許兩種測試鄰站是否存活的方式:一種是主動方式，路由器周期地發(fā)送hello報文和輪詢報文，并等待鄰站響應(yīng)。另一種被動方式，路由器依靠鄰站向其發(fā)送hello報文和輪詢報文，并利用可達(dá)報文的狀態(tài)字段信息來判斷鄰站是否知道其存活。
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