Question

常见的网络互连方式

Answer 1

10.1 网络互连概述

网络互连是指将不同的网络连接起来，以构成更大规模的网络系统，实现网络间的数据通信、资源共享和协同工作。

10.1.1 网络互连的必要性

ISO/OSI虽然问世多年，但实际运行中各种现有的特定网络并不一定都采用OSI七层模型。OSI所采用的通信子网和现有的多种网络产品，它本身就决定了各种类型的通信子网一直共存下去。

网络互连可以改善网络性能，主要体现在提高系统的可靠性、改进系统的性能、增加系统保密性、建网方便、增加地理覆盖范围等几方面。

随着商业需求的推动，特别是Internet的深入人心，网络互连技术已成为实现如Internet这样的大规模网络通信和资源共享的关键技术。

10.1.2 网络互连的基本原理

1. 网络互连的要求

由于不同的网络间可能存在各种差异，因此对网络互连有如下要求：

（1）在网络之间提供一条链路，至少需要一条物理和链路控制的链路。若不存在链路，一个网络的信息就不可能传输到另一个网络中去。

（2）提供不同网络结点的路由选择和数据传送。

（3）提供网络记账服务，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。

（4）在提供网络互连时，应尽量避免由于互连而降低网络的通信性能。

（5）不修改互连在一起的各网络原有的结构和协议。这就要求网络互连设备应能进行协议转换，协调各个网络的不同性能，这些性能包括：

① 不同的编址方式：每个网络有不同的端点名字、编址方法、寻址方式和目录保持方案，需要提供全网编址方法和目录服务。

② 不同的最大分组长度：在互连网络中，分组从一个网络送到另一网络时，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。

③ 不同的传输速率：在互连网络中，不同网络的传输速率可能不同。

④ 不同的时限：对连接的传送服务总要等待回答响应，如超时后仍没有接到响应，则需要重传。但在互连网络中，数据传送有时需要经过多个网络，这需要更长时间，应该设定合适的超时值，以防不必要的重传。

⑤ 不同的网络访问机制：对不同网络上的多个结点，结点和网络之间的访问机制可以是相同的，也可能是不同的。

⑥ 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要依赖也不要影响各个网络原来的差错恢复能力。

⑦ 状态报告：不同的网络有不同的状态报告，对互连网络还应该提供网络互连的活动信息。

⑧ 路由选择技术：网内的路径选择一般依靠各个网特有的故障检测和拥挤控制技术。而互连网络应提供不同网络之间进行路径选择的能力。

⑨ 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。互连网络需要具有对不同的用户访问权限的控制能力。

⑩ 连接和无连接服务：不同的网络可能提供面向连接的服务，也可能提供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。

当源网络发送分组到目的网络要跨越一个或多个外部网络时，这些性能差异会使得数据包在穿过不同网络时产生很多问题。网络互连的目的就在于提供不依赖于原来各个网络特性的互连网络服务。

2. 网络互连的层次

不同目的的网络互连可以在不同的网络分层中实现。由于网络间存在不同的差异，也就需要用不同的网络互连设备将各个网络连接起来。根据网络互连设备工作的层次及其所支持的协议，可以将网间设备分为中继器、网桥、路由器和网关，如图10.1所示。

（1）物理层

用于不同地理范围内的网段的互连。通过互连，在不同的通信介质中传送比特流，要求连接的各网络的数据传输率和链路协议必须相同。

工作在物理层的网间设备是中继器、集线器。

用于扩展网络传输的长度，实现两个相同的局域网段间的电气连接。它仅仅是将比特流从一个物理网段复制到另一个物理网段，而与网络所采用的网络协议（如TCP/IP、IPX/SPX、NETBIOS等）无关。物理层的互连协议最简单，互连标准主要由EIA、ITU-T、IEEE等机构制定。集线器就是多端口的中继器。

（2）数据链路层

用于互连两个或多个同一类型的局域网，传输帧。工作在数据链路层的网间设备是桥接器（或桥）、交换机。

桥可以将两个或多个网段互连，如果信息不是发向桥所连接的网段，则桥可以过滤掉，避免了网络的瓶颈。局域网的连接实际上是MAC子层的互连，MAC桥的标准由IEEE802的各个分委员会开发。

（3）网络层

主要用于广域网的互连中。网络层互连解决路由选择、阻塞控制、差错处理、分段等问题。

工作在网络层的网间设备是路由器、第三层交换机。

路由器提供各种网络间的网络层接口。路由器是主动的、智能的网络结点，它们参与网络管理，提供网间数据的路由选择，并对网络的资源进行动态控制等。路由器是依赖于协议的，它必须对某一种协议提供支持，如IP、IPX等。路由器及路由协议种类繁多，其标准主要由ANSI任务组X3S3.3和ISO/IEC工作组TC1/SC6/WG2制定。

（4）高层

用于在高层之间进行不同协议的转换，它也为最复杂。工作在第三层以上的网间设备称为网关，它的作用是连接两个或多个不同的网络，使之能相互通信。这种“不同”常常是物理网络和高层协议都不一样，网关必须提供不同网络间协议的相互转换。最常见的如将某一特定种类的局域网或广域网与某个专用的网络体系结构相互连接起来。

10.1.3 网络互连的类型

网络互连可分为LAN-LAN、LAN-WAN、LAN-WAN-LAN、WAN-WAN四种类型。

1. LAN-LAN

LAN互连又分为同种LAN互连和异种LAN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、网桥、交换机等。而异构网的互连是指两种不同协议局域网的互连，主要采用的设备为网桥、路由器等设备。LAN互连如图10.2所示。

2. LAN-WAN

是目前常见的方式之一，用来连接的设备是路由器或网关，具体如图10.3所示。

3. LAN-WAN-LAN

这是将两个分布在不同地理位置的LAN通过WAN实现互连，连接设备主要有路由器和网关。

4. WAN-WAN

通过路由器和网关将两个或多个广域网互连起来，可以使分别连入各个广域网的主机资源能够实现共享。

10.1.4 网络互连解决方案

网络互连是网络层需要解决的问题。网络互连可以采用面向连接的和面向非连接的两种解决方案。

1. 面向连接的解决方案

面向连接的解决方案要求两个节点在通信时建立一条逻辑通道，所有的信息单元沿着这条逻辑通道传送。路由器将一个网络中的逻辑通道连接到另一个网络中的逻辑通道，最终形成一条从源节点至目的节点的完整通道。

如图10.4所示，主机A和主机B通信时形成了一条逻辑通道。该通道经过网络1、网络2和网络4，并利用中间系统I和中间系统M连接起来。一旦通道建立起来，主机A和主机B之间的信息传输就会沿着该通道进行。面向连接的解决方案要求互联网中的每一个物理网络（如图10.4中的网络1、网络2、网络3和网络4）都能够提供面向连接的服务，但这样的要求在实际中是不现实的。

2. 面向非连接的解决方案

在面向非连接的解决方案中主机A和主机B之间通信时并不需要建立逻辑通道。网络中的数据单元独立对待，这些数据单元经过一系列的网络和路由器，最终到达目的节点。

如图10.5所示为一个面向非连接的解决方案示意图。当主机A需要发送一个数据单元D1到主机B时，主机A首先进行路由选择，判断D1到达主机B的最佳路径。如果它认为D1经过路由器I到达主机B是一条最佳路径，那么主机A就将数据单元D1投递给路由器I。路由器I收到主机A发送的数据单元D1后，根据自己掌握的路由信息为D1选择一条到达主机B的最佳路径，从而决定将D1传递给路由器M还是K。这样，D1经过多个路由器的中继和转发，最终到达目的主机B。如果主机A需要发送另外一个数据单元D2到达主机B，那么主机A同样需要对D2进行路由选择。由于网络设备对每一个数据单元的路由选择是独立进行的，所以，数据单元D2到达目的主机B可能经过了一条与D1完全不同的路径。

目前流行的互联网就是采用了面向非连接的解决方案。

IP协议是面向非连接的互联网解决方案中最常用的协议。支持IP协议的路由器称为IP路由器，IP协议处理的数据单元叫做IP数据报

追问

那互连的方式是不是LAN-LAN、LAN-WAN、LAN-WAN-LAN、WAN-WAN四种类型？