第五章 广域网和网络互联

5.1 基础

5.1.1 概述

• 互联网即使覆盖范围很广，也不称为广域网，因为在互联网中，不同网络的互联才是它最主要的特征
• 互联网必须用路由器连接
• 而广域网指单个网络，它是用结点交换机连接各主机而不是用路由器来连接各网络
• 从组成上将，广域网通常是由一些结点交换机及链路组成，结点之间是点对点的连接，而局域网通常是采用多点接入、共享传输介质的方式
• 从层次上讲，广域网使用的协议主要是在网络层，主要考虑路由选择问题，而局域网使用的协议主要在数据链路层及物理层

1. 广域网的组成结构：资源子网和通信子网
2. 数据的传输方式：电路交换和分组交换
3. 公共传输网络

5.1.2 电路交换网

5.1.3 分组交换网

5.2 网络互联概述

5.2.1 概念

5.2.2 网络互联的形式

1. 局域网与局域网的互联
2. 局域网与广域网的互联

• 设备主要由路由器和网关

3. 局域网–广域网–局域网互联
4. 广域网和广域网

• 主要通过路由器或者网关将两个或多个广域网互联起来

5.2.3 网络互联的层次

• 实现网络互联，一般都需要一个中间设备，也称为中继系统。
• 

1. 物理层互联

• 负责不同地理范围内的网段互联
• 设备是中继器和集线器，用于同类的物理层连接，对信号起着放大的作用

2. 数据链路层互联

• 负责互联两个或多个同一类型的局域网和不同类型的局域网
• 使用数据链路层互联设备所连接的网络，在物理层和数据链路层的协议可以相同也可以不同，但网络层以上使用的协议必须相同或者兼容

3. 网络层的互联

• 设备是路由器
• 如果网络层协议相同，则互联解决路由选择问题，如果协议不同，则需要使用多协议路由进行不同网络层协议的转换
• 网桥只能互联局域网，而路由还可以互联广域网

4. 高层互联

• 设备是网关。网关实际上就是协议转换器，用于连接多个不同的网络，使之可以通信
• 网关坑工作在不同的层上，大部分的网关都是应用层的网关

5.3 网络互联设备

5.3.1 物理层设备

1. 中继器

• 对接收到的信号进行复制、放大和整形，起到扩展传输距离功能
• 没有信号纠错的功能

2. 集线器

• 也称多端口中继器。和中继器一样，互联的网络应该是同类网络
• 集线器是共享式设备，连接在集线器上所有结点共享集线器的带宽
• 通常是组件共享时局域网的核心设备

3. 中继器和集线器的特性

• 在物理上和逻辑上都是同一个网络，同一个冲突域，仅仅是扩大了地理范围
• 由于中继器和集线器在物理层实现互联，所以要求物理层以上各层协议完全相同

5.3.2 数据链路层互联设备

1. 网桥

• 是一种存储转发设备，主要功能就是隔离不同网段之间的数据通信量

• 能连接同类和异类局域网

• 用户并不知道网桥的存在，网桥常用来讲局域网分割成既独立又能相互通信的多个网段

• 

• 网桥类型

  • 透明网桥
  • 源路由选择网桥

2. 交换机

• 也称为多端口的网桥
• 逐渐被交换机所取代

5.3.3 网络层互联设备

• 路由器是工作在网络层上的一种存储转发设备，用于互联两个或多个独立的相同类型或异构类型的网络

1. 工作原理

• 在使用路由器连接的互连网络中，当连接在不同子网上的主机需要通信时，路由器负责把数据分组，通过互联网沿着一条路径从源端传送到目的端。在这条路径上坑要经过一个或多个路由器，数据分组所经过的路由器必须知道怎样把数据否是传送到目的端，需要经过哪些路由器
• 为经过路由器的每个数据分组按照某种策略寻找一条最佳传输路径，即路由选择和路由转发

2. 功能

• 路径选择
• 协议转换：对网络层及其一下各层的协议进行转换
• 分段和组装
• 流量控制
• 子网隔离
• 网络管理
• 实施安全策略

3. 路由器和交换机的区别

• 工作层次不同
• 数据转发所依据的地址不同：交换机根据数据链路层的物理地址（MAC地址）确定是否转发数据，路由器是根据网络层逻辑地址（IP地址）中的目的网络地址决定数据转发的路径，进行数据分组的转发
• 传统的交换机只能分隔冲突域，不能隔离广播域，而路由器可以分隔
• 广播域：网络中能接受任意设备发出的广播数据包的所有设备的集合

5.3.4 应用层互联设备

• 当使用不同协议的系统之间进行通信时，就必须进行协议转换，网关就是为了如此设计的
• 工作在传输层以上各层，即传输层到应用层

5.4 路由协议

5.4.1 协议的类型

• 首先把整个互联网划分成许多较小的自治系统
• 自治系统是指拥有同一路由选择策略，并且处于一个管理机构控制之下的一组路由器
• 自治系统把互联网络的路由器分成内外两层，这样根据路由协议作用范围可把路由协议分为两大类：

1. 内部网关协议
2. 外部网关协议

• 工作在自制系统之间，处在系统的边缘上，用以确保自治域系统之间的通信

5.4.2 内部网关协议

1. 路由信息协议RIP

• 规定互连网络中的每个路由器每30s向其他相邻路由器广播自己的整个路由表
• 并且RIP允许一条路径最多只能经过15个路由器，超过15时，认为目的地不可达
• 只适用于小系统

2. 开放最短路由协议OSPF

• 每个路由器都维护着一个链路状态数据库，这个数据库实际上就是整个互联网的拓扑结构图

• 每个路由器使用链路状态数据库中的数据，根据最短路径算法–-迪杰斯特拉算法，独立计算出到达每个结点的最短路径，即路由表

• 只要网络拓扑发出任何变化，链路状态数据库就能得到更新，路由器进行重新计算

• 每个路由器向同一管理域内的其他所有路由器发送链路状态公告，彼此交换链路状态信息来建立链路状态数据库，并维持全网的一致性

• 相邻路由器之间每10s进行一次报文交换

• 适用于大型网络，在啊更新路由信息时产生的流量较少

5.3.4 外部网关协议

• BGP