第九章網絡互連

本章主要內容

□網絡互連的概述

□因特網的互連協議IP

□網絡互連設備

□網絡互連實例

2011-7-1計算機網絡技術及應用1

9」網絡互連的概述

1互聯網的概念

□計算機網絡往往由許多種不同類型的網絡互

連而成，即從功能上和邏輯上看，這些計算

機網絡已經組成了一個大型的計算機網絡，

稱為互連網絡(internetwork),也簡稱為

互聯網。

□將網絡互相連接起來要使用一些互連設備

(中間設備)，常用的網絡互連設備有中繼

器、網橋、路由器、交換機和網關等。

2011-7-1計算機網絡技術及應用2

9.1網絡互連的概述

2網絡互連的方式

□LAN-LAN

■互連層次

LAN-LAN網絡互連發生在OSI/RM的數據鏈路層。

■互連設備

LAN-LAN網絡的互連設備是網橋、中繼器或路由器。

□LAN-WAN

■互連層次

LAN-WAN的互連發生在網絡層。

■互連設備

LAN-WAN的互連設備是路由器。

2011-7-1計算機網絡技術及應用3

9」網絡互連的概述

□WAN-WAN

■互連層次

WAN-WAN互連發生在OSI/RM的傳輸層及其上層。

■互連設備

WAN-WAN的互連設備是網關。

網絡互連的層次關系見下圖。

2011-7-1計算機網絡技術及應用4

9.2因特網的互連嶺IP

互連網協議IP是TCP/IP體系中兩個最重要的協

議之一，與IP協議配套使用的還有三個協議:

■地址轉換協議ARP(AddressResolution

Protocol)o

■反向地址轉換協議RARP(ReverseAddress

ResolutionProtocol)。

■Internet控制報文協議ICMP(InternetControl

MessageProtocol)。

2011-7-1計算機網絡技術及應用5

9.2因特網的互連嶺IP

1IP地址及轉換

（I）IP地址及其表示方法

Internet識別網絡的方法是給網絡上的每一臺計算機分配

一個IP地址。IP地址就是給每個連接在Internet上的主

機分配一個在全世界范圍內唯一的32位二進制標識符。

由于32位的二進制數字形式不適合閱讀和記憶，為了

便于用戶閱讀和理解IP地址，Internet管理委員會采

用了一種“點分十進制”方法表示IP地址。如下圖所

Zj\o

2011-7-1計算機網絡技術及應用6

9.2因特網的互連協逑IP

(2)網絡地址和主機地址

■IP地址被分為網絡地址(net-id)和主機地址

(host-id)兩部分。

■IP地址的格式可表示為：網絡地址+主機地址。

■IP地址的這種結構使我們在Internet上很方便地

進行尋址，先按IP地址中的網絡號net-id把網絡

找到，再按主機號host-id把主機找到。

2011-7-1計算機網絡技術及應用7

9.2因特網的互連嶺IP

(3)IP地址的分類

為了便于對IP地址進行管

理，同時還考慮到網絡的

差異很大，將IP地址分為

5類，即A類、B類、C類、人類

D類和E類，其中D類地址忖

是組播地址，E類地址保

留今后使用。目前使用的力

IP地址僅A至C三類。,中

在IP地址的開頭用1位或

幾位以標識IP地址的類型曜

如右圖所不。

2011-7-1計算機網絡技術及應用8

9.2因特網的互連協逑IP

(4)IP地址類型的識別

A類地址：第一個數的范圍在0?127之間,

地址范圍從1.0.0.1至126.255.255.254。

B類地址：第一個數的范圍在128?191之間,

地址范圍從128.1.0.1至191.255.255.254。

C類地址：第一個數的范圍在192?223之間,

地址范圍從192.0.L1至223.255.255.254。

例如，IP地址是138.10.H8.25,它是一個B類地址,

網絡ID是138.10,主機ID是118.25。

2011-7-1計算機網絡技術及應用9

9.2因特網的互連協二議IP

(5)內部網可用IP地址

為了避免某個單位內部網選擇任意網絡地址，

造成與合法的Internet地址發生沖突，IETF

分配了具體的A類、B類和C類地址供單位內

部網使用，這些地址為：

A類:10.0.0.0-10.255.255.255

B類：172.16.0.0-172.31.255.255

C類:192.168.0.0—192.168.255.255

2011-7-1計算機網絡技術及應用10

9.2因特網的互連協議IP

(6)IP地址與硬件地址

IP地址放在IP數據報的首部，而硬件地址則放在MAC

幀的首部。IP地址與硬件地址的關系如下圖。

網絡層及以上

使用IP地址

△

鞋路層及以下

便用碳侔地址

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9.2因特網的互連嶺IP

(7)地址的轉換

□每一個Internet上的主機都有與之對應的三個地址,

即物理地址(硬件地址)、IP地址和主機域名。

□主機的物理地址是網卡制造者制作在網卡上的無法

改變的地址碼。

□IP地址是一種二進制數的網絡標識和主機標識，數

字型標識對計算機網絡是最有效的，但對使用網絡

的人卻不愿意使用難于記憶的IP地址，為此人們研

究出一種字符型標識，這就是主機的域名。

□主機域名、IP地址和物理地址之間的關系如下圖。

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9.2因特網的互連協議IP

主機域名www.cumtb.edu.cn

DNS

v

IP地址202.112.209.88

ARPRARP

硬件地址0020ED5240F3

圖9-6主機域名、IP地址與物理地址之間的轉換

2011-7-1計算機網絡技術及應用13

9.2因特網的互連協逑IP

2子網劃分技術

(1)子網的概念

□傳統的IP地址用A,B,C等類劃分，網絡號與主機號

的分隔必須固定在某個點分符上，在IP地址越來越

緊張的時候這個問題就很突出了。可變長子網掩碼

VLSM(RFC1009)允許在主機號的比特位中繼續定

義子網掩碼/子網擴展前綴，分隔不必在點分符上。

用IP地址中的主機號(host-id)字段中的前若干

比特位作為“子網號字段”，后面剩下的仍為主機

號字段，再通過路由器將劃分出的子網互連形成單

位內部網，便于網絡的管理和使用。

2011-7-1計算機網絡技術及應用14

9.2因特網的互連協議IP

(2)子網的劃分方法

□子網的劃分方法是將單個網絡號對應的主機

號分為兩個部分，其中一部分用于子網號編

址，另一部分用于主機號編址，如下圖所示。

網絡號主機號

網絡號子網號主機號

2011-7-1計算機網絡技術及應用15

9.2因特網的互連嶺IP

（3）子網掩碼（SubnetMask）

□在劃分子網時，TCP/IP使用了子網掩碼。子網掩碼

也是一個32位的二進制數，其形式與IP地址相同。

它主要有兩大功能：一是通過子網掩碼，可以區分

一個IP地址中的哪些位對應于網絡地址（包括子網

地址）、哪些位對應于主機地址；二是將網絡分為

多個子網。

□子網掩碼的取值，通常是將對應于IP地址中網絡地

址（網絡號和子網號）的所有位都設置為“1”，對

應于主機地址（主機號）的所有位都設置為“0”。

2011-7-1計算機網絡技術及應用16

9.2因特網的互連嶺IP

□子網掩碼和IP地址結合使用，對子網掩碼和IP地址進

行“按位與”運算，可以分出一個IP地址的網絡號和主

機號。下表是一個例子，IP地址為141.58.97.235的主機,

如采用的子網掩碼是255.255.2400通過“與”運算，

可以斷定該主機是141.58.96.0網絡中的第491號主機。

1P炳W1000110100U10100110000111101011

nuiuiuimunuoooooooooooo

UHSPiO1000110100U10100U0000000000000

000000000000000000000001111010U

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9.2因特網的互連協逑IP

(4)子網劃分的規則

□RFC950中的規則

RFC950規定了子網劃分的規范，其中對網絡地址中

的子網號作了如下的規定：由于網絡號全為“0”代

表的是本網絡，所以網絡地址中的子網號也不能全

為“0”，子網號全為“0”時，表示本子網網絡；網

絡號全為“1”表示的是廣播地址，所以網絡地址中

的子網號也不能全為“1”，全為“1”的地址用于向

子網廣播。所以，在劃分子網時需要考慮子網號不

能全取“1”和“0”。

以下通過例子依據RFC950中的規定說明劃分子網

的具體步驟。

2011-7-1計算機網絡技術及應用18

9.2因特網的互連嶺IP

某單位現有100臺計算機需要聯網，要求每個子

網內的主機數不少于40臺，問使用一個C類

地址如何劃分子網？

■第一步，確定需要劃分的子網數。使用一個C類

地址劃分子網，必然要從代表主機號的第四個

字節中取出若干位用于劃分子網。若取出1位，

根據子網劃分規則，無法使用。若取出3位，可

以劃分出8個子網，但每個子網容納主機數為30,

而實際要求是每個子網內的主機不少于40臺。

若取出2位，可以劃分出2個可用子網，每個子

網可容納62個主機號，因此取出2位劃分子網是

可行的。

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9.2因特網的互連協逑IP

■第二步，確定子網掩碼。按照子網掩碼的取值

那則，子網掩碼為255.255.255.192。如下圖所

Zj\O

C類的網絡192?168?1.0i

使用2位劃分子網J

劃分子網~192?168~?1flI

子網掩碼11111111111111111111111111000000

子網掩碼為：255.255.255.192

2011-7-1計算機網絡技術及應用20

9.2因特網的互連嶺IP

■第三步，確定標識每一個子網的網絡地址。如

下圖所示，兩個子網的網絡地址分別為

192.168.1.64和192.168.1.128。

2011-7-1計算機網絡技術及應用21

9.2因特網的互連協議IP

■第四步，確定每一個子網的主機地址范圍。如

下圖所示。

每制

地址

01000001|192.168.1.65-

192.168.1.64192?168?1

01111110192.168.1,126

10000001

192.168.1,128192?168?1192.168.1.129-

10111110192.168.1,190

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9.2因特網的互連協逑IP

（4）子網劃分的規則

□RFC1878中的規則

1985年制定的RFC950中阻止使用全0全1的子網號以

便與老式的路由器兼容，所以上例中的4個子網還

要減去兩個。但現在新的路由器大都支持CIDR

（ClasslessInter-DomainRouting:無類域間路由）

協議，CIDR摒棄了傳統基于類的地址分配方式，規

定可以使用任意長度的網絡地址部分，因此在1995

年制定的RFC1878（IPv4可變長子網表）中允許使用

全0和全1的子網號，所以上例中對C類網絡使用子

網掩碼255.255.255.192劃分出的4個子網都可以使

用，每個子網的網絡地址和主機IP地址范圍如下表

所示。

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9.2因特網的互連嶺IP

■上例中每個子網的網絡地址和主機地址范圍。

千瞰3網的網鉆的批干網的主MIF曲世有國

子網11911K.1.0192.168.1.1-192.168.1.62

孑網2192.168a.M192.168.1.65-192.168.1.126

干網3192.168.1.128192.168.1.129-192.166.1.190

孑網4192.168.1.192192.168.1.193-192.168.1.251

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9.2因特網的互連嶺IP

(5)默認網關(DefaultGateway)

為了使一臺計算機能在TCP/IP環境中正常工作，必須

提供如下地址信息：

①計算機的IP地址：用于標識網絡中的每一臺計算機；

②計算機所在網絡的子網掩碼：用于區分IP地址中的網

絡ID和主機ID；

③一個默認網關的IP地址：用于將子網掩碼過濾出的IP分

組導向目的主機。

發往同一個子網上的數據分組可以直接流向目的地，而對于

那些目的地不是本地網絡上的計算機的數據分組，就需

要一個默認的網關，把這些分組導向另一個子網中的目

標系統。

2011-7-1計算機網絡技術及應用25

9.3網絡互連設備

網絡互連設備根據它工作的網絡層次和所支持

的協議可分為四種類型：

□中繼器

□網橋/第二層交換機

□路由器/第三層交換機

口網關

2011-7-1計算機網絡技術及應用26

9.3網絡互連設備

1中繼器（Repeater）

□中繼器的功能

由于信號在介質上傳輸時，其

幅度將不斷地衰減，中繼器

是在物理層上實現局域網網

段互連的，用于擴展局域網

的距離，其具體功能是接收

從一條電纜上傳輸過來的信

號，并將其放大后，再發送

到另一條電纜上。

2011-7-1計算機網絡技術及應用27

9.3網絡互連設備

□中繼器的選擇

根據不同的用戶需求和用途，市場上的中繼器產品有多

種類型：雙口中繼器、多口中繼器、集線器（HUB）

和多路復用器等。雙口中繼器是最常用的中繼器，可用

于擴展兩個10BASE-2或10BASE-5網段的同軸電纜長度。

集線器是一種多口中繼器，主要用于10BASE-T網絡中

雙絞線的連接。多路復用器主要用來提高物理介質的利

用率。

□中繼器的使用限制

事實上，并不能利用任意多個中繼器將任意多個網段互

連起來。IEEE802.3規定，最多只能用4個中繼器來連接

5段同軸電纜的網段，以保證信號質量和傳輸速率。

2011-7-1計算機網絡技術及應用28

9.3網絡互連設備

2網橋(Bridge)

網橋是一種幀存儲轉發設備，用來連接兩個

相似類型的局域網。從協議的層次看，網橋

是在MAC層對數據幀進行存儲轉發。

□網橋的使用方式

從硬件配置的位置來分，網橋通常分為內部

網橋和外部網橋兩種。組成內部網橋的網卡

安裝在文件服務器內，如圖9T2所示。外部

網橋則是專用作網橋的PC或其他硬件設備，

如圖9-13所示。

2011-7-1計算機網絡技術及應用29

9.3網絡互連設備

□內部網橋和外部網橋示意圖。

9-18n

□網橋的功能

■過濾和轉發

■協議轉換

■緩沖管理

2011-7-1計算機網絡技術及應用30

9.3網絡互連設備

3路由器（Router）

□路由器的功能

路由器工作在0SI模型的網絡層。由于它比網橋工作在

更高一層，因此路由器的功能比網橋更強，它除了

具有網橋的全部功能外，還應具有路徑選擇、流量

控制及網絡管理等功能。

□路由器產品

路由器產品的性能參數主要有：吞吐量、時延、支持

的路由協議、網絡傳輸協議、網絡管理平臺、廣域

網接口類型和服務類型、局域網接口類型及數據壓

縮能力等。按照性能和價格的高低，路由器可分成

高檔、中檔和低檔等三種類型。

2011-7-1計算機網絡技術及應用31

9.3網絡互連設備

□用路由器連接LAN-WAN示意圖

2011-7-1計算機網絡技術及應用32

9.3網絡互連設備

4交換機(Switch)

市場上用于計算機網絡的交換機主要分為3種：

□ATM交換機

□第二層交換機(又稱LAN交換機)

□第三層交換機

其中第二層交換機和第三層交換機主要采用分組交換,

ATM交換機主要采用信元交換。最初的交換機相當于

多端口的網橋，稱為第二層交換機，第二層交換機已

經取代了集線器和網橋。目前常用的第三層交換機增

加了路由選擇功能。

2011-7-1計算機網絡技術及應用33

9.3網絡互連設備

(1)第二層交換機

第二層交換機實質上是多端口網橋。在交換

機中保存一張端口地址映射表，用來映射

MAC地址和與之對應的端口，這張表是通過

檢查進入端口的幀的源MAC地址而建立起來

的。交換機的工作是首先檢查目標MAC地址，

并與端口地址映射表中的端口地址相匹配，

如果匹配成功，該幀就被轉發到對應的端口。

2011-7-1計算機網絡技術及應用34

9.3網絡互連設備

（2）第三層交換機

□第三層交換本質上是完成路由器功能。第三層交換

機與第二層交換機一樣需要建立地址映射表，不同

的是第二層交換機建立端口與MAC地址的映射關系，

而第三層交換機建立端口與網絡層地址（如IP地址）

之間的映射關系。

□把第二層交換和第三層路由組合到一個設備中，就

形成第三層交換機。與路由器相比的優勢是：路由

器是通過軟件交換數據包，其配置和管理技術復雜,

而第三層交換機是一個基于硬件的設備，數據包交

換速度通常要比路由器快得多。

2011-7-1計算機網絡技術及應用35

9.3網絡互連設備

(3)交換機的性能指標

□端口支持

□吞吐率

□背板速率

□延遲

□幀丟失率

□交換機的交換方式

■存儲轉發(Store-and-forward)

■直通(CutThrough)

■碎片丟棄(FragmentFree)

2011-7-1計算機網絡技術及應用36

9.3網絡互連設備

（4）交換機產品

□從交換機產品結構上分，交換機分為模塊化交換機

和可堆疊集成式交換機。

□從交換機端口速率上分，交換機產品可分為10Mb/s、

lOOMb/s、lOOOMb/s及混合支持的產品。如3coM的

SuperStackII1100支持10Mb/s的端口速率，

SuperStackII3300支持10/100Mb/s自適應的端口速

率，SuperStackII3900提供10/100/1000Mb/s不同

速率的端口，SuperStackII9300只支持1000Mb/s的

端口速率。

2011-7-1計算機網絡技術及應用37

9.3網絡互連設備

5網關(Gateway)

網關又稱為協議轉換器，一般是指用于連接不同體

系結構網絡(簡稱異構網絡)的軟件，而不是指它

的物理設備。

(1)網關的功能

□網關的基本功能是實現不同網絡協議之間的轉換，

實現在OSI傳輸層及以上層次上的互連，網關是互

連設備中最為復雜的設備。

□網關除提供互聯網間協議轉換的基本功能外，還執

行報文存儲轉發及流量控制功能；提供虛電路接口

及相應的服務；支持應用層互通及互聯網的網絡管

理功能。

2011-7-1計算機網絡技術及應用38

9.3網絡互連設備

(2)網關的用途

網關可用于以下幾種場合的網絡互連，它們均

屬于異構網絡互連。

□異構型LAN互連

□LAN與WAN互連

□WAN與WAN互連

網關被廣泛用在廣域網之間或廣域網與局域網

之間的互連上，它解決了LAN和WAN之間由于

協議不同而不能直接通信的問題。

2011-7-1計算機網絡技術及應用39

9.3網絡互連設備

6網絡互連設備的對比

以上各種網絡互連設備的對比見下表所示。

LLI

路由選修LAN-LAN

LAN-WAN

劃分VLAN

路由選修國城網內部互連

異版LAN-LAN

LAN-WAN

WAN-WAN

2011-7-1計算機網絡技術及應用40

9.4網絡互連實例

某企業的內部網采用ATM+Ethernet的混合技術實現。

ATM技術是當前網絡發展的主要方向之一，以太網

技術已經得到廣泛應用，用戶和網絡管理人員更熟

悉以太網。兩者的結合體現了先進性和實用性統一

的原則。

1三級網絡結構

□一級主干網

以總部為中心節點，以主樓、辦公樓和實驗中心為

主連接節點，采用雙三角連接，用12芯光纜互連上

述四個樓宇，構筑一級主干網。該結構具有安全而

實用的雙重特征，從安全角度看，五組光纜線路中，

任何一組光纜出現故障都不會導致一級主干網癱瘓。

一級主干網使用622Mb/sATM技術。

2011-7-1計算機網絡技術及應用