局域網(wǎng)互連，網(wǎng)絡(luò )工程師需要學(xué)習的專(zhuān)業(yè)技術(shù)?
- 發(fā)布時(shí)間： 2018-5-16 9:35:16
局域網(wǎng)互連
1、網(wǎng)絡(luò )互連的目的：是將多個(gè)網(wǎng)絡(luò )互相連接，以實(shí)現在更大范圍內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)區分，有同軸細纜或粗纜(coaxial cable)、各類(lèi)非屏蔽雙絞線(xiàn)UTP(Unshielded Twisted pair)和屏蔽雙絞線(xiàn)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制位信號，工作在OSI物理層，互連同類(lèi)型網(wǎng)段，只起到放大信號的作用，驅動(dòng)長(cháng)距離通信。又稱(chēng)集線(xiàn)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、轉發(fā)幀，工作在OSI數據鏈路層，更準確地說(shuō)應該位于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、轉發(fā)功能進(jìn)行局域網(wǎng)間的信息交換。從應用上分本地網(wǎng)橋和遠程網(wǎng)橋、主干網(wǎng)橋；從幀轉發(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)習及過(guò)濾、幀轉發(fā)和分枝樹(shù)算法功能。
(1)網(wǎng)橋作信息幀轉發(fā)時(shí)要利用地址轉發(fā)表，按表中學(xué)習到的MAC地址和網(wǎng)橋對應關(guān)系，將包準確轉發(fā)到該網(wǎng)橋。但如網(wǎng)橋未學(xué)習到MAC地址時(shí)，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(dòng)工作時(shí)會(huì )造成 大量的廣播幀，稱(chēng)為廣播風(fēng)暴(broadcast storm)。
(2)擴展樹(shù)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)橋中出現信息回路造成網(wǎng)橋癱瘓的問(wèn)題。IEE802.1定義了分枝樹(shù)協(xié)議STP，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )路由定義為無(wú)回路的樹(shù)形結構。
(3)源地址路徑選擇網(wǎng)橋SRB主要用于標記環(huán)IEEE802.5標記環(huán)局域網(wǎng)�；ミB不同型局域網(wǎng)時(shí)使用封裝網(wǎng)橋(encapsulation bridging)和轉換橋接方式(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 )層的數據分組或網(wǎng)絡(luò )地址，決定數據分組的轉發(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)議轉換器提供高層接口，工作在應用層。
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(jìn)程間提供路徑選擇和傳遞數據；提供各用戶(hù)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(shí)不需要修改原有各網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )結構。
2、網(wǎng)絡(luò )互連的功能分類(lèi)：基本功能，指的是網(wǎng)絡(luò )互連必須的功能，即使對那些類(lèi)型相同的網(wǎng)絡(luò )互連也應該具備的功能，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，指的是當各種互連的網(wǎng)絡(luò )提供不同的服務(wù)級別時(shí)所需要的功能，包括協(xié)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(wǎng)上的兩個(gè)DTE之間可建立一條邏輯的網(wǎng)絡(luò )連接。4、無(wú)連接運行模式：對應于分組交換網(wǎng)的數據報機制，而面向連接運行對應于虛電路機制。
三、無(wú)連接網(wǎng)絡(luò )互連
1、IP提供無(wú)連接或數據報服務(wù)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)連接互連網(wǎng)絡(luò )設備靈活性較好，對子網(wǎng)要求低；無(wú)連接網(wǎng)絡(luò )能提供強健的服務(wù)；無(wú)連接網(wǎng)絡(luò )服務(wù)對于無(wú)連接傳輸層協(xié)議最為適用。
2、無(wú)連接網(wǎng)絡(luò )互連設計主要問(wèn)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(jìn)行重組，其缺點(diǎn)是分成小段的數據通過(guò)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(jìn)行重組，則也會(huì )下列問(wèn)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(gè)數據報的所有分段必須使用同一路由，限制了動(dòng)態(tài)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(cháng)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(gè)數據的開(kāi)始，more-flag=0是整個(gè)數據報的結束。
�。�1）建立兩個(gè)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(cháng)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(gè)新數據報的長(cháng)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(gè)新數據報的長(cháng)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(cháng)度除以8。
生命周期：一種是對來(lái)到的第一段設置一個(gè)生命周期，如果在生命周期內沒(méi)有完成重級工作，那么就撤銷(xiāo)已經(jīng)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(méi)有在數據報生命周期內完成，則撤銷(xiāo)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(gè)數據報從一臺機器經(jīng)過(guò)單個(gè)物理網(wǎng)絡(luò )直接傳送至目的站點(diǎn)，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(shí)，才能采用直接傳送方式。否則只能用間接傳送方式，發(fā)送方將數據發(fā)送給一個(gè)路由器再傳送。
2、IP路由選擇表
路由表存儲各個(gè)目的站點(diǎn)以及如何到達目的站點(diǎn)的信息。為了盡可能使用最少的信息進(jìn)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 )的數量，與連到網(wǎng)上的主機的數量無(wú)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(wú)關(guān)。
保持路由表盡可能小的技術(shù)是把多個(gè)表項統一到一個(gè)默認的情況。
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中設計了一個(gè)特殊用的報文機制，稱(chēng)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(gè)IP數據報的數據部分中通過(guò)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(gè)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(diǎn)報告差錯的方法。
�。�3）ICMP報文格式：由三個(gè)字段組成，即一個(gè)8位整數的報文類(lèi)型字段用來(lái)標識報文、一個(gè)8位代碼字段提供有關(guān)報文類(lèi)型的進(jìn)一步信息、以及一個(gè)16位校驗和字段。
�。�4）ICMP報文類(lèi)型：回送請求/應答報文(回送請求/應答、時(shí)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(shí)報告、參數出錯報告)，控制報文(源抑制報文、重定向報文)。
1、網(wǎng)絡(luò )互連的目的：是將多個(gè)網(wǎng)絡(luò )互相連接，以實(shí)現在更大范圍內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)區分，有同軸細纜或粗纜(coaxial cable)、各類(lèi)非屏蔽雙絞線(xiàn)UTP(Unshielded Twisted pair)和屏蔽雙絞線(xiàn)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制位信號，工作在OSI物理層，互連同類(lèi)型網(wǎng)段，只起到放大信號的作用，驅動(dòng)長(cháng)距離通信。又稱(chēng)集線(xiàn)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、轉發(fā)幀，工作在OSI數據鏈路層，更準確地說(shuō)應該位于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、轉發(fā)功能進(jìn)行局域網(wǎng)間的信息交換。從應用上分本地網(wǎng)橋和遠程網(wǎng)橋、主干網(wǎng)橋；從幀轉發(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)習及過(guò)濾、幀轉發(fā)和分枝樹(shù)算法功能。
(1)網(wǎng)橋作信息幀轉發(fā)時(shí)要利用地址轉發(fā)表，按表中學(xué)習到的MAC地址和網(wǎng)橋對應關(guān)系，將包準確轉發(fā)到該網(wǎng)橋。但如網(wǎng)橋未學(xué)習到MAC地址時(shí)，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(dòng)工作時(shí)會(huì )造成 大量的廣播幀，稱(chēng)為廣播風(fēng)暴(broadcast storm)。
(2)擴展樹(shù)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)橋中出現信息回路造成網(wǎng)橋癱瘓的問(wèn)題。IEE802.1定義了分枝樹(shù)協(xié)議STP，將整個(gè)網(wǎng)絡(luò )路由定義為無(wú)回路的樹(shù)形結構。
(3)源地址路徑選擇網(wǎng)橋SRB主要用于標記環(huán)IEEE802.5標記環(huán)局域網(wǎng)�；ミB不同型局域網(wǎng)時(shí)使用封裝網(wǎng)橋(encapsulation bridging)和轉換橋接方式(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 )層的數據分組或網(wǎng)絡(luò )地址，決定數據分組的轉發(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)議轉換器提供高層接口，工作在應用層。
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(jìn)程間提供路徑選擇和傳遞數據；提供各用戶(hù)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(shí)不需要修改原有各網(wǎng)絡(luò )的網(wǎng)絡(luò )結構。
2、網(wǎng)絡(luò )互連的功能分類(lèi)：基本功能，指的是網(wǎng)絡(luò )互連必須的功能，即使對那些類(lèi)型相同的網(wǎng)絡(luò )互連也應該具備的功能，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，指的是當各種互連的網(wǎng)絡(luò )提供不同的服務(wù)級別時(shí)所需要的功能，包括協(xié)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(wǎng)上的兩個(gè)DTE之間可建立一條邏輯的網(wǎng)絡(luò )連接。4、無(wú)連接運行模式：對應于分組交換網(wǎng)的數據報機制，而面向連接運行對應于虛電路機制。
三、無(wú)連接網(wǎng)絡(luò )互連
1、IP提供無(wú)連接或數據報服務(wù)優(yōu)點(diǎn)：無(wú)連接互連網(wǎng)絡(luò )設備靈活性較好，對子網(wǎng)要求低；無(wú)連接網(wǎng)絡(luò )能提供強健的服務(wù)；無(wú)連接網(wǎng)絡(luò )服務(wù)對于無(wú)連接傳輸層協(xié)議最為適用。
2、無(wú)連接網(wǎng)絡(luò )互連設計主要問(wèn)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(jìn)行重組，其缺點(diǎn)是分成小段的數據通過(guò)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(jìn)行重組，則也會(huì )下列問(wèn)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(gè)數據報的所有分段必須使用同一路由，限制了動(dòng)態(tài)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(cháng)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(gè)數據的開(kāi)始，more-flag=0是整個(gè)數據報的結束。
�。�1）建立兩個(gè)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(cháng)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(gè)新數據報的長(cháng)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(gè)新數據報的長(cháng)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(cháng)度除以8。
生命周期：一種是對來(lái)到的第一段設置一個(gè)生命周期，如果在生命周期內沒(méi)有完成重級工作，那么就撤銷(xiāo)已經(jīng)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(méi)有在數據報生命周期內完成，則撤銷(xiāo)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(gè)數據報從一臺機器經(jīng)過(guò)單個(gè)物理網(wǎng)絡(luò )直接傳送至目的站點(diǎn)，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(shí)，才能采用直接傳送方式。否則只能用間接傳送方式，發(fā)送方將數據發(fā)送給一個(gè)路由器再傳送。
2、IP路由選擇表
路由表存儲各個(gè)目的站點(diǎn)以及如何到達目的站點(diǎn)的信息。為了盡可能使用最少的信息進(jìn)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 )的數量，與連到網(wǎng)上的主機的數量無(wú)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(wú)關(guān)。
保持路由表盡可能小的技術(shù)是把多個(gè)表項統一到一個(gè)默認的情況。
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中設計了一個(gè)特殊用的報文機制，稱(chēng)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(gè)IP數據報的數據部分中通過(guò)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(gè)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(diǎn)報告差錯的方法。
�。�3）ICMP報文格式：由三個(gè)字段組成，即一個(gè)8位整數的報文類(lèi)型字段用來(lái)標識報文、一個(gè)8位代碼字段提供有關(guān)報文類(lèi)型的進(jìn)一步信息、以及一個(gè)16位校驗和字段。
�。�4）ICMP報文類(lèi)型：回送請求/應答報文(回送請求/應答、時(shí)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(shí)報告、參數出錯報告)，控制報文(源抑制報文、重定向報文)。
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