5.1 网络互连的概念 -------------------------------------------------------------------------------- 由于单一的局域网资源比较有限，因此需要将若干个局域网连成更大的网络，使各个不同网络的用户能够互相通信、交换信息和共享资源。要实现网络互连，必须有相应的硬件和软件的支持，通常把实现网络互连的硬件称为网络互连设备，而把用于实现网络互连协议的软件，称为网络互联软件。 计算机网络互连的关键是对单个网络的影响减少到最小，而且不能改变原网络的软硬件平台和协议。而其面临的问题是如何让使用不同协议的计算机相互通信。 网络传输设备(互连部件)是用来连接单独网络上的设备、创建并连接多个网络或子网、建立企业网等。在网络中的传输设备可作为单一的结点或多个结点互连。这些结点包括中继器、网桥、交换机、路由器和网关等。 5.1.1　网络互连的类型 1. 几个概念 ⑴ 网络连接：网络连接是指网络在应用级的互连。它是一对同构或异构的端系统，实现系统之间端到端的通信。因此，网络连接是对连接于不同网络的各种系统之间的互连，它主要强调协议的接续能力，以便完成端到端之间数据的传递。 ⑵ 网络互连：是指不同的网络在物理上的连接。两个网络之间借助于相应的网络设备至少在物理上有一条连接的线路，它为两个网络的数据交换提供了物资基础和可能性，但并不能保证两个网络一定能够进行数据交换，这要取决于两个网络的通信协议是不是相互兼容。网络互连主要涉及到网络产品、处理过程和互连技术。 ⑶ 网络互联：是指网络在逻辑上的连接。 ⑷ 网络互通：是指两个网络之间不依赖于其具体连接形式而可以交换数据。 ⑸ 互操作：是指网络中不同计算机系统之间具有访问对方资源的能力。互操作是由高层软件来实现的。 互连是基础，互通是手段，互操作则是网络互连的目的。 2. 网络互连的目的 网络互连的目的是扩大网络覆盖和资源共享的范围或容纳更多的用户，以实现数据流通，使各个不同网络的用户能够互相通信、交换信息和共享资源。 可以将多个互连网络视为一个虚拟网络，当互连网上的主机进行通信时，它们看不见互连的各个网络小的细节，就像在一个网络上通信一样。 3. 网络互连的类型 网络互连的类型主要有局域网与局域网的互连；局域网与广域网的互连；局域网经广域网的互连；广域网与广域网的互连。 ⑴ 局域网与局域网的互连(LAN—LAN) 局域网互连包括同构网络互连和异构网络的互连。同构网络互连是指符合相同协议局域网的互连，主要采用的设备有中继器、集线器、交换机、网桥等。而异构网的互连是指两种不同协议局域网的互连，主要使用网桥、路由器等设备。 局域网与局域网互连主要应用在： ① 一个单位有很多部门，但不同部门的连网需求是不一样的，因此各部门会根据自己的需求建立各自的局域网，当部门之间需要交换信息时，就需要采用局域网的互连了。 ② 单个局域网的负载能力是有限的，若将逻辑上的单个局域网划分为若干个独立的局域网，然后再把它们互连起来，则可以处理更多的负载。 例如：一个单位有上千台计算机，若将它们连接在单个局域网中，则需要更宽的带宽和更长的电缆，这将是很难实现的；若将它们根据需要分别连接到不同的局域网中，然后再将这些局域网互连起来，则可以较容易地实现。一方面可以把通信量限制在每一个局域网内，另一方面也延长了网络的距离，且以后的扩展也更加方便。 ⑵ 局域网与广域网的互连(LAN—WAN) 局域网与广域网的互连是目前常见的方式之一。路由器或网关是实现局域网与广域网互连的主要设备。 ⑶ 局域网经广域网的互连(LAN—WAN—LAN) 将两个分布在不同地理位置的局域网通过广域网实现其互连。当几个要互连的局域网相距较远时，无法再用局域网互连的方法实现其互连，这时可通过广域网实现其互连，即让这些局域网都与广域网互连，这样就可以实现局域网的互连。 ⑷ 广域网与广域网互连(WAN—WAN) 广域网与广域网是通过路由器或网关互连起来的。 5.1.2　网络互连的层次 网络协议与网络互连有密切的关系。计算机之间的通信是一个非常复杂的过程，为简化处理，把网络的体系结构划分成一个多级层次结构，每层都有其自己的协议，只有采用相同协议模型，才能连网通信。 网络互连主要解决的是不同网络的通信问题，因为不同的网络可以采用不同的网络体系结构模型和网络协议。网络互连需要解决的主要问题就是协议的转换，但需要转换的只是那些不同的协议，若协议相同也就不用转换了。而网络互连的目的则是向高层隐藏底层网络技术的细节，为用户提供统一的通信服务。因此网络互连实质上就是按层次结构找到一个互连层，在互连层以上要有相同的层次和协议，在互连层及其以下各层可以有不同的层次和协议。 根据网络层次的结构模型，可以将网络互连的层次从通信协议的角度分为： 1. 物理层互连 物理层互连主要解决的是在不同的电缆段之间复制位信号。物理层的连接设备主要是中继器(Repeater)，中继器主要是在不同的电缆段之间复制、放大和再生位信号。中继器是{zd1}层的物理设备，用来连接几个局域网段。因此，中继器只是局域网网段连接设备而不是网络互连设备，中继器的使用正在逐渐减少。 专家提示：严格地说，物理层的互连设备—中继器是网段连接设备而不是网络互连设备。 2. 数据链路层互连 若两个网络的链路层及其下层(物理层)的协议不同时，则只能在数据链路层实现其互连。数据链路层主要是解决网络之间如何存储转发数据帧。数据链路层的互连设备是网桥(Bridge)，它可以在不同的网络之间存储转发帧。网桥在网络互连中起到数据接收、地址过滤与数据转发的作用，用来实现多个网络系统之间的数据交换。 3. 网络层互连 若两个网络的网络层及其以下各层的协议是不相同的，则只能在网络层实现其网络互连。网络层互连主要是解决在不同的网络之间存储转发分组。网络层的互连设备主要是路由器(Router)，它具有路由选择、拥塞控制、差错处理与分段技术等。如果网络层协议相同，则互连主要是解决的是路由选择问题；如果网络层协议不同，则需要使用多协议路由器进行协议之间的转换。 4. 高层互连 传输层及其以上各层协议不同的网络之间的互连属于高层互连。实现高层互连的设备是网关(Gateway)或应用网关。高层互连允许两个互连网络的应用层及其以下各层的网络协议都可以是不同的。 一般来说，参加互连的网络差异越大，需要协议的转换工作也越复杂，互连设备也变得越复杂。中继器是最简单的局域网网段互连设备，它只能实现相同类型的局域网的互连。网关是最复杂的互连设备，它可以实现体系结构xx不同的网络互连。 5.1.3　网络互连的要求 互连的网络可以是同种类型的网络或不同类型的网络以及运行不同网络协议的设备与系统。在互连网络中，每个网络中的网络资源都应成为互连网中的资源。互连网络资源的共享服务与物理网络结构是分离的。互连网络结构对网络用户来说应该是透明的。互连网络应该屏蔽各子网在网络协议、服务类型与网络管理等方面的差异。 1. 网络互连时的基本要求 ⑴ 在互连的网络之间要提供有通路，至少有物理线路和数据线路，若不存在通路，一个网络的信息就不可能传输到另一个网络中去； ⑵ 在不同网络节点的进程之间要提供适当的路由来交换数据、传输数据； ⑶ 提供网络记帐服务，记录网络资源使用情况，提供各用户使用网络的记录及有关状态信息； ⑷ 提供各种互连服务，应尽可能不改变互连网的结构。这就要求网络互连功能够协调各个网络之间不同的网络特性。 2. 网络之间不同的特性 网络之间不同的特性主要表现在以下几个方面： ⑴ 不同的编址方案。每个网络都有不同的端点名称、编址方法、寻址方式与目录保持方案，因此需要提供全局网络编址方法与目录。 ⑵ 不同的{zd0}分组尺寸。在互连的网络中，分组从一个网络被传送到另一个网络时，往往需要分成几部分，称为分段。不同的网络存在着不同的分组大小。 ⑶ 不同的网络访问机制。对于不同的网络，它们的访问控制机制可以是相同的，也可能是不同的。 ⑷ 不同的超时。面向连接的传送服务总要等待应答响应，如超时后仍没有接到响应，则需要重传。但在互连的网络中，数据传送时有可能需要经过多个网络，这需要更长的时间，因此应设定合适的超时值，以防止引起不必要的超时重传。 ⑸ 差错恢复。各个网络有不同的差错恢复功能。互连网络的服务既不应依赖，也不应影响各个网络原来的差错恢复能力。 ⑹ 状态报告。不同的网络有不同的状态报告。对互连网络来说，还应该提供网络互连的状态报告信息。 ⑺ 路由选择技术。一个网络内的路径选择一般依靠各个网络特有的差错检测与拥塞控制技术，而互连网络应具有在不同网络之间进行路由选择的能力。 ⑻ 用户访问控制。不同的网络有不同的用户访问控制方法，用于管理用户对网络的访问权限，网络互连需要具有对不同网络的用户访问权限的控制能力。 ⑼ 连接和无连接服务。不同的网络可能提供面向连接的服务或无连接的数据报服务。互连网络的服务不应该依赖于原来各个网络所提供的服务类型。 3. 网络互连的功能 网络互连的功能可以分为以下两类： ⑴ 基本功能。基本功能指的是网络互连所必需的功能，它包括不同网络之间传送数据时的寻址与路由选择功能等。 ⑵ 扩展功能。扩展功能指的是当各种互连的网络提供不同的服务类型时所需的功能，如分组长度变换、分组重新排序及差错检测等功能。 4. 网络互连方法 进行网络互连时必须考虑网络的拓扑结构和协议。网络互连所面临的问题，主要就是如何把使用不同传输介质、不同网络协议、不同网络拓扑结构、不同网络操作系统的网络集成在一起。网络互连需要根据欲连接网络的需求，选择相应的传输介质、网络互连设备和相应的拓扑结构将这些网络互连起来。网络互连设备可以分为中继器、网桥、路由器和网关4类。