网络工程师学习笔记第5章网络互连技术

第五章网络互联技术

主要内容:1。局域网互联

2.网络互联原理

3.无连接网络互连，各种路由算法和协议。

4.核心路由器架构系统

一、局域网互联

1.网络互联的目的是连接多个网络，实现更大范围的信息交换、资源共享和协同工作。

2.局域网互联方式:有本地局域网互联和远程局域网互联，即局域网-局域网和局域网-广域网-局域网；按照用于互联的介质，有同轴细缆或粗缆，各种非屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted pair)，屏蔽双绞线STP(shielded Twisted pair)，单模或多模光纤等。

3、局域网互联分工:

物理层(中继器):中继器用于复制不同电缆段之间的比特信号，工作于OSI物理层，与type网段互联，只起到放大信号驱动长距离通信的作用。又称集线器，分为普通型、叠加型、高级智能型。

网桥:使用网桥在局域网之间存储和转发帧。它工作在OSI数据链路层，更准确地说，它应该位于MAC层。它以兼容的地址互连局域网，并通过使用相同的MAC和MAC地址以及存储和转发功能在局域网之间交换信息。在应用上分为本地桥、远程桥和骨干桥；透明网桥和源地址路径选择网桥由帧转发功能分配。透明桥TB的基本功能包括学习过滤、帧转发和分支树算法。

(1)网桥在转发信息帧时，要使用地址转发表，根据表中学习到的MAC地址与网桥的对应关系，准确地向网桥转发数据包。但是，如果网桥没有学习到MAC地址，它会将帧发送到除接收端口以外的所有接口，这会在网桥开始工作时造成大量的广播帧，这就是所谓的广播风暴。

(2)扩展树协议是为了克服由于网桥不具备网络层功能，在具有永久冗余路径的网桥中，信息循环导致网桥瘫痪的问题。IEE802.1定义了分支树协议STP，将整个网络路由定义为无环树结构。

(3)源地址路径选择桥SRB主要用于标签环IEEE802.5标签环局域网。封装桥接、转换桥接和源地址路径选择透明桥接SRT用于互连不同类型的局域网。

路由器:它利用路由器在不同网络之间存储和转发数据包，工作在OSI网络层。它需要在网络层处理数据包或网络地址，决定数据包的转发，决定网桥中信息通信的完整路由。

网关:使用协议转换器提供高层接口，工作在应用层。

二、网络互联的原则

1.网络互连的要求:要提供网络间的链接，至少需要一条物理的和链路控制的链接；提供不同网络中进程之间的路径选择和数据传输；提供使用网络的每个用户的记录和维护状态信息；提供上述服务时无需修改各网络原有的网络结构。

2.网络互联的功能分类:基本功能是指网络互联必须具备的功能，甚至是同一类型网络互联应该具备的功能，包括不同网络之间的传输寻址和路径选择。扩展功能是指各种互联网络提供不同服务等级时所需的功能，包括协议转换、分组分段和重排序、错误检测等。3.面向连接的操作模式:可以在连接到同一子网的两个DTE之间建立逻辑网络连接。4.无连接操作模式:对应分组交换网络的数据报机制，面向连接操作对应虚电路机制。

第三，无连接网络互连

1.IP提供无连接或数据报服务。优点:无连接互连网络设备灵活性好，子网要求低；无连接网络可以提供健壮的服务；无连接网络服务最适合无连接传输层协议。

2.无连接网络互连设计的主要问题:路由、数据报生命周期、分段和重组、纠错和流量控制。

重组:重组的一种方法是在目的站进行重组，但其缺点是通过网络将数据分割成小块的效率。另一种重组方式是通过中间路由器重组，同样会出现以下问题:路由器需要较大的缓冲区，可能会出现缓冲区不足的情况；数据报的所有数据段必须使用相同的路由，这限制了动态路由的使用。

IP数据报的报头包含以下内容:数据单元ID、数据长度、偏移量和更多标志。路由器中IP分段的作用:offset=0是整个数据的开头，more-flag=0是整个数据报的结尾。

(1)建立两个新的数据报，它们的头是原数据报的头。

(2)以64位为界，将原数据报分成长度相近的两部分，分别放入新的数据报中。第一部分必须是64位的倍数。

(3)将第一个新数据报的长度设置为插入的数据，将more-flag设置为1，偏移量保持不变。

(4)设置第二个新数据报的长度为插入的数据，设置more-flag为0，设置offset为第一部分数据的长度除以8。

生命周期:一个是为第一个到达的段设置一个生命周期。如果在生命周期内没有完成繁重的工作，已经到达的段将被取消；第二种方法是使用数据报的生命周期，它包含在每个数据段的报头中。如果重组没有在数据报的生命周期内完成，则接收到的数据段IV。IP数据报路由将被取消。

1、直接传播和间接传播

直接传输是所有互联网通信的基础，它通过一个物理网络将数据报从一台机器直接传输到目的地。只有当两台机器连接到同一个底层物理传输系统时，才能采用直接传输。否则只能间接传输，发送方把数据送到某个路由器进行传输。

2.IP路由表

路由表存储关于每个目的站以及如何到达目的站的信息。为了用尽可能少的信息进行路由，采用了信息隐藏的原则。

路由表选择表的大小只取决于互联网中网络的数量，与连接到网络的主机数量无关。IP路由软件只需要维护目的网络地址的信息，与主机地址的信息无关。

保持路由表尽可能小的技术是将多个条目统一到一个默认情况下。

3.ICMP错误和控制消息协议

(1)为了使internet路由器报告错误或提供有关意外情况的信息，在TCP/IP中设计了一种特殊的消息机制，称为Internet控制消息协议ICMP，它是IP的一部分。

(2)ICMP机制:ICMP消息放在IP数据报的数据部分，通过互联网传递。允许路由器向其它路由器或主机发送错误或控制消息。ICMP是一种错误报告机制，它为出现错误的路由器提供了一种向初始源站点报告错误的方法。

(3)ICMP消息格式:它由三个字段组成，即用于标识消息的8位整数消息类型字段，用于提供关于消息类型的进一步信息的8位代码字段，以及16位校验和字段。

(4)ICMP报文类型:echo请求/回复报文(echo请求/回复、时间戳请求/回复、地址请求/回复)、错误报告(包括主机不可达报告、超时报告、参数错误报告)、控制报文(源抑制报文、重定向报文)。

第五，路由算法

1.距离矢量路由V-D，

2.链路状态路由，或称最短路径优先算法(SPF)，要求每个参与路由器都有完整的拓扑，只需要完成两项任务:检查所有邻居路由器的状态；定期向其它路由器发送链路状态信息。其优点:每个路由器使用相同的原始状态数据独立计算路由，不依赖于中间机器。

不及物动词内部网关协议

自治系统中的两台路由器是彼此的内部路由器，使用内部网关协议(IGP)，自治系统使用外部网关协议(EGP)相互通信。

1.路由信息协议(RIP)采用V-D算法和距离矢量路由算法，分为主动和被动两大类。只有路由器工作在主动模式，主机必须使用被动模式。处于主动模式的路由器会侦听并根据收到的通知更新路由。主动运行RIP的路由器每30秒广播一次消息。

RIP支持点对点连接和广播网络。RIP数据包通过UDP和IP传输。RIP进程使用UDP的端口520进行发送和接收。

RIP报文格式:报头为32位，命令字为1，表示请求部分或全部路由信息。命令2表示响应，该响应包含发送方路由表中的一对网络地址和距离值信息。

2.IGRP，运行频率相对较低，每90秒更新一次；更新的每一项包括四个指标，即延迟、带宽、可靠性和负载。采取保守措施防止环路，选择多路径路由并处理默认路由器。

3.开放最短路径优先协议OSPF

优点:计算速度快，无循环收敛；支持精确的测量值和多种测量系统；支持到目标站点的多条路径；能区分不同的对外路线。它是SPF，一种基于链路状态的路由算法。

OSPF报头格式:24个八位字节报头，五种消息类型，类型1)hello；2)拓扑结构的数据库描述；3)链路状态请求；4)更新链路状态；5)链路状态确认。

Hello消息的两个作用:检测链路状态是否可用；选择广播和非广播网络上的指定网络路由器和备份。

七。外部网关协议

1.如果两个交换路由信息的路由器属于两个自治系统，它们被称为外部邻居站。相邻站点用来通知其他自治系统可达信息的协议称为外部网关协议(EGP)

2.EGP有三个功能:支持邻居狩猎机制，允许一个路由器请求另一个路由器同意交换可达信息；路由器不断测试其相邻站点是否有响应；EGP相邻站点定期发送路由更新消息，以交换网络可到达的信息。

3.EGP定义了九种类型的消息，允许两种方式来测试邻居站的生存性:一种是主动方式，路由器周期性地发送hello消息和轮询消息，等待邻居站的响应。在另一种被动方式中，路由器依靠邻居站向它们发送hello消息和轮询消息，并使用可到达消息的状态字段信息来确定邻居站是否知道它们是否活着。