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计算机网络基础 ( 第二版 )

计算机网络基础 ( 第二版 ). 第八章 网络的互连. 本章主要内容. 互连网络的基本概念； 网络互连的类型和层次； 网络互连的基本设备； 广域网的一些技术，涉及到 PSTN 、 X.25 、 DDN 、 ISDN 、 FR 等。. 互连网络的基本概念. 互连网络是指 将分布在不同地理位置的网络、设备连接起来，以构成更大规模的网络，最大程度地实现网络资源的共享 。 网络连接 网络互连 网络互通. 网络互连的类型. 网络互连的类型分以下几种： 局域网 — 局域网互连 同构网互连：具有相同协议的局域网互连； 异构网互连：不同协议的局域网互连；

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  1. 计算机网络基础(第二版) 第八章 网络的互连

  2. 本章主要内容 • 互连网络的基本概念； • 网络互连的类型和层次； • 网络互连的基本设备； • 广域网的一些技术，涉及到PSTN、X.25、DDN、ISDN、FR等。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  3. 互连网络的基本概念 • 互连网络是指将分布在不同地理位置的网络、设备连接起来，以构成更大规模的网络，最大程度地实现网络资源的共享。 • 网络连接 • 网络互连 • 网络互通 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  4. 网络互连的类型 • 网络互连的类型分以下几种： • 局域网—局域网互连 • 同构网互连：具有相同协议的局域网互连； • 异构网互连：不同协议的局域网互连； • 局域网—广域网互连； • 广域网—广域网互连； • 网络互连需解决的问题 • 处理互连网络的帧、分组、报文和协议的差异问题； 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  5. 网络互连的类型 • 网络互连从通信协议的角度来看可以分成四个层次： 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  6. 物理层的互连 • 在不同的电缆段之间复制位信号是物理层互连的基本要求。 • 物理层的连接设备主要是中继器。中继器是最低层的物理设备，用于在局域网中连接几个网段，只起简单的信号放大作用，用于延伸局域网的长度。 • 严格地说，中继器是网段连接设备而不是网络互连设备。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  7. 数据链路层互连 • 数据链路层互连要解决的问题是在网络之间存储转发数据帧。 • 互连的主要设备是网桥。 • 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，它用来实现多个网络系统之间的数据交换。 • 用网桥实现数据链路层互连时，允许互连网络的数据链路层与物理层协议是相同的，也可以是不同的。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  8. 网络层互连 • 网络层互连要解决的问题是在不同的网络之间存储转发分组。 • 互连的主要设备是路由器。 • 网络层互连包括路由选择、拥塞控制、差错处理与分段技术等。 • 如果网络层协议相同，则互连主要是解决路由选择问题。 • 如果网络层协议不同，则需使用多协议路由器。 • 用路由器实现网络层互连时，允许互连网络的网络层及以下各层协议是相同的，也可以是不同的。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  9. 高层互连 • 传输层及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。 • 高层互连使用的网关很多是应用层网关，通常简称为应用网关。如果使用应用网关来实现两个网络高层互连，那么允许两个网络的应用层及以下各层网络协议是不同的。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  10. 网络互连设备——网桥 • 应用场合 • 在一个单位内各个部门之间的局域网互连； • 在一个企业或校园，有上千台计算机需要连网； • 连网计算机之间的距离超过了单个局域网的最大覆盖范围； • 网桥工作在数据链路层，可以实现局域网互联，并在两个局域网网段之间对数据链路层帧进行接收、存储与转发，把两个物理网络连接成一个逻辑网络； 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  11. 网桥的特点 • 特点： • 使用网桥互连两个网络时，必须要求每个网络在数据链路层以上采用相同或兼容的协议。 • 网桥互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同传输速率的网络。 • 网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现两个互连网络之间的通信，并实现大范围局域网的互连。 • 网桥可以分隔两个网络之间的通信量，有利于改善互连网络的性能。 • 缺点： • 由于网桥处理其接收到的数据，增加了时延，降低了网络性能； • 网桥传递所有的广播； • 网桥的成本比转发器高； 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  12. 网桥分隔两个网络的通信量

  13. C D E F I 802.3 网桥1 网桥2 网桥3 802.4 802.5 802.3 A B J K G H 不同MAC子层的局域网的连接 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  14. 网桥转发所有广播数据 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  15. 网桥的分类一 • 根据介质访问控制协议的不同，网桥可分四种： • 透明网桥 • 源路由网桥 • 转换式网桥 • 源路由透明网桥 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  16. 网桥的分类二 • 本地网桥 • 用于直接连接两个相距很近的LAN，通过网桥划分网段以提高网络性能。 • 远程网桥 • 用来连接两个远距离的网络，通常可以利用公用网连接分布在不同地理位置的网桥，以形成单个大型的网络（远程网桥也可通过路由器来实现）。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  17. 网桥的分类三 • 级联和多端口网桥 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  18. 路由器（Router） • 路由器的工作原理 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  19. 路由器的特点 • 特点 • 路由器是在网络层上实现多个网络之间互连的设备； • 路由器为两个或三个以上网络之间的数据传输解决最佳路径选择； • 路由器与网桥的区别： • 网桥独立于高层协议，它把几个物理子网连接起来，向用户提供一个大的逻辑网络。 • 路由器则是从路径选择角度为逻辑子网的节点之间的数据传输提供最佳的路线； • 路由器要求节点在网络层以上的各层使用相同或兼容的协议。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  20. 路由器的基本功能 • 连接功能 • 网络地址判断 • 最佳路由选择 • 数据处理功能 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  21. 路由器的相关概念 • 静态路由 • 动态路由 • 路由表 • 路由协议 • 路由信息协议RIP • 开放最短路径优先OSPF 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  22. 路由信息协议RIP • RIP协议是一种距离矢量协议，它根据源节点与目的节点之间的路由器或路程段的数目（也称为跳数）来决定发送数据包的最佳途径。 • 缺点： • 路由器的路由更新信息会占用更多的网络带宽； • RIP路由协议最大跳数为15适用于小规模网络。 • RIP不能根据线路速率、延迟、带宽等因素确定最佳路径。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  23. 开放最短路径优先OSPF • OSPF是一种链路状态路由协议，除了路由器的数目外，OSPF还可以通过判断路程段之间的连接速率和负载平衡来确定发送数据包的最佳途径。 • OSPF可以支持大型的互连网络，它将网络划分为多个区域，采用层次型的路由选择。 • 路由器更新信息时，每台路由器只发送与其自身相连的网络状态的信息，而不是整个路由表。通常情况下，用于更新链路状态的数据包很小，且发送并不频繁，因而大大减少了由此产生的网络通信量，从而减少了网络拥塞。 • 在运行OSPF的网络里，各区域之间会进行路由选择，每个区域的内部路由选择是在区域内部进行，当某个区域存在链路故障又恢复的问题时，其他区域内的路由器则不会受影响，无需不断运行OSPF算法。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  24. 路由器的分类 • 单协议和多协议路由器 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  25. 路由器的分类 • 桥路由器（Brouters） 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  26. 路由器的分类 • 本地和远程路由器 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  27. 网关（Gateway） • 网间协议变换器 • 实现不同协议的网络之间的互连，包括不同网络操作系统的网络之间互连， • 实现局域网与远程网之间的互连。 • 网关一般用于不同类型、差别较大的网络系统之间的互连。又可用于同一个物理网而在逻辑上不同的网络之间互连，还可用于不同大型主机之间和不同数据库之间的互连。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  28. 广域网的相关技术 • 公用电话交换网络（PSTN）； • 综合业务数字网（ISDN）； • 公用分组交换网络（X.25）； • 数字数据网络（DDN）； • 帧中继（FR）； • xDSL技术； • 异步转移模式（ATM） 。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  29. 公用电话网PSTN • PSTN采用的技术 • PSTN提供的是一个模拟的专有通道，通道之间经由若干个电话交换机连接而成。 • 从OSI七层模型的角度来看，PSTN可以看成是物理层的一个简单的延伸，没有向用户提供流量控制、差错控制等服务。 • 由于PSTN是一种电路交换的方式，所以一条通路自建立直至释放，其全部带宽仅能被通路两端的设备使用，即使它们之间并没有任何数据需要传送。因此，这种电路交换的方式不能实现对网络带宽的充分利用。 • 通过公用电话交换网，可以实现下面的功能： • 拨号接入Internet/Intranet/LAN； • 实现两个或多个LAN之间的互连； • 和其它广域网的互连。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  30. 通过PSTN实现网络互连 • 通过普通拨号电话线； • 通过租用电话专线。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  31. 综合业务数字网ISDN • ISDN将多种业务集成在一个网内，为用户提供经济有效的数字化综合服务，包括电话、传真、可视图文及数据通信等。ISDN使用单一入网接口，利用此接口可实现多个终端（ISDN电话、终端等）同时进行数字通信连接。 • ISDN的组成部件 • 用户终端（TE1和TE2 ）、终端适配器、网络终端； 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  32. ISDN的传输速率 • ISDN基本速率接口BRI • 两个B通道（64Kbps）和一个D通道（16Kbps），即2B＋D。 • B通道用于传输用户数据。D通道用于传输控制和信令信息。 • BRI的传输速率通常为128Kbps，当D通道也用于传输数据时，BRI的传输速率可达144Kbps。 • ISDN基群速率接口PRI • 在北美洲和日本，PRI提供23B+D，总传输速率为1.544Mbps。 • 在欧洲、澳大利亚、中国和其它国家，PRI提供30B+D，总传输速率为2.048Mbps。 • ISDN的PRI提供了更高速率的数据传输，因此，可实现可视电话、视频会议或LAN间的高速网络互连。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  33. ISDN的应用 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  34. 公共分组交换数据网X.25 • 公共分组交换数据网是一个以数据通信为目标的公共数据网PDN（Public Data Network）。在PDN内各节点是由交换机（PSE）组成的。 • 交换机间交换的数据单元是分组（数据包），交换机具有存储转发分组的能力。 • 为了使用户设备经PDN的连接实现标准化，ITU-T于1976年推出了X.25建议书。X.25建议书使PDN向用户提供了统一的接口规格标准，所以习惯上称PDN为X.25网或X.25 PDN。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  35. X.25网的特点 • 统一的用户设备接口 • X.25网内各节点是具有运算、存储转发等功能的专用计算机，向用户设备提供了统一的接口，从而能够实现不同速率、码型和传输控制规程的用户设备接入X.25网进行相互通信。 • 高可靠性 • 为保证数据的可靠传输，采用大量的差错控制协议； • 第三层协议提供了可靠的面向连接的虚电路服务； • 每个交换机至少与另两个交换机相连接来增加网络的抗毁性和可靠性。 • 多路复用技术 • 在单一的物理链路上可同时复用多条逻辑信道（虚电路），使一个用户设备能同时与多个用户设备进行通信； • 流量控制与管理 • X.25网内通过流量控制协议来实现对流量的控制，并且具有拥塞控制机制来防止拥塞现象的产生。 • 点对点协议 • X.25是一个点对点协议，不支持广播，可以采用每个节点两两相连的全网状拓扑； • 与其它网络互连 • 可以与公用电话网、ISDN等公用网互连； 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  36. 数字数据网DDN • DDN是一个公共数字数据传输网络，为用户提供一个高质量、高带宽的数字传输通道，它由数字通道、DDN节点、网管控制和用户环路组成，由DDN提供的业务又称数字数据业务（DDS）。 • X.25只是对端系统的高层协议透明，而DDN则是完全透明的，这意味着DDN支持任何规程，不受约束，只要通信双方自行约定了通信协议就能在DDN上进行数据通信。 • DDN可以支持任何类型的用户设备入网，比如计算机、PC机、终端，也可以是图像设备、语音设备或LAN等，支持数据、图像、声音等多种业务。 • DDN提供的业务和服务 • 专用电路：点对点专线和多点专线 • 帧中继； • 压缩话音/G3传真业务； • 虚拟专用网； 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  37. 帧中继 • 帧中继类似于X.25网络，都是点对点的交换网络。 • 帧中继与X.25不同 • X.25强调网内数据传输的高度可靠性； • 帧中继则着眼于数据的快速传递，最大程度地提高网络的吞吐量。 • 帧中继具有高的网络吞吐量、低延时等特性，向用户提供的入网速率可由低速到高速（64Kbps ～2.048Mbps）； 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  38. xDSL技术 • DSL是数字用户环路（Digital Subscriber Line），以铜质电话双绞线为传输介质的点对点传输技术。DSL使用在电话系统中没有被利用的高频信号传输数据以弥补铜线传输的一些缺陷。 • xDSL的特点 • xDSL支持工业标准 • 支持任意数据格式或字节流数据业务：电话、视频、图像、多媒体等； • xDSL是一种Modem • xDSL的调制技术有三种方式，即2B1Q、无载波幅相调制CAP和离散多音频调制DMT。该技术把频率分割成三部分，分别用于POTS（普通电话服务）、上行和下行高速宽带信号。 • 对称与非对称之分 • xDSL有对称与非对称之分，分别用于满足不同用户需求。 • 应用于两个局域网之间的互连应用，应选择使用对称xDSL； • 用户连接ISP可以使用非对称。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  39. xDSL的种类 • 对称的DSL • HDSL • HDSL是高速对称四线DSL。这种技术可在两对铜线上提供1.544Mbps（全双工方式）的速度，在三对铜线上提供2.048Mbps（全双工方式）的速度。 • SDSL • SDSL是HDSL的单对线版本，也被称为S-HDSL。S-HDSL是高速对称二线DSL，它可以提供双向高速可变比特率连接，速率范围从160Kbps到2.048Mbps • IDSL • 通过在用户端使用ISDN终端适配器及ISDN接口卡，可以提供128Kbps上下行速率的服务。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  40. xDSL的种类 • 非对称的DSL • ADSL • ADSL为非对称数字用户环路，在二个传输方向上的速率是不一样的。它使用单对电话线，为网络用户提供很高的传输速率，从32Kbps到8.192Mbps的下行速率和从32Kbps到1.088Mbps的上行速率，同时在同一根线上可以提供语音电话服务，支持同时传输数据和语音。 • ADSL的调制技术主要有离散多音频调制技术DMT和无载波调幅调相技术CAP两种。 • RADSL • RADSL为速率自适应数字用户环路，是ADSL的一种扩充，允许服务提供者调整xDSL连接的带宽以适应实际需要并且解决线长和质量问题。它利用一对双绞线传输，支持同步和非同步传输方式，速率自适应，下行速率从640Kbps到12Mbps，上行速率从128Kbps到1Mbps，支持同时传输数据和语音。 • VDSL • VDSL甚高速数字用户环路，是一种极高速非对称数据传输技术。它是在ADSL的基础上发展起来的xDSL技术，可以将传输速率提高到25～52Mbps，应用前景更广。 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

  41. ADSL的典型连接结构 《计算机网络基础（第二版）》 杜煜

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