10.2.3  網絡互連設備
  網絡互連是把網絡與網絡連接起來，在用戶之間實現跨網絡的通信與操作技術。數據在網絡中是以分組的形式傳遞的，但不同網絡的分組，其格式也是不一樣的。如果在不同的分組網絡間傳送數據，由于分組格式不同，導致數據無法傳送，于是網絡間連接設備就充當“翻譯”的角色，將一種網絡中的“分組”轉換成另一種網絡的“分組”。
  分組在網絡間的轉換與OSI的七層模型關系密切。如果兩個網絡間的差別程度小，則需轉換的層數也少。中繼器在物理層實現轉換，網橋在數據鏈路層實現轉換，路由器在網絡層實現轉換，在運輸層或運輸層以上實現的轉換稱為網關。
  為更好地解釋網絡互連技術，我們先解釋下面三個術語：
  網段：連接在同一共享介質上，相互能聽到對方發出的廣播幀，處在同一沖突碰撞區域的站點組成的網絡區域。
  沖突域：在共享介質型局域網中，會發生沖突碰撞的區域稱為一個沖突域。在一個沖突域中，同時只能有一個站點發送數據。
  廣播域：當局域網上任意一個站點發送廣播幀時，凡能收到廣播幀的區域稱為廣播域，這一區域中的所有站點稱為處在同一個廣播域。
  1．中繼器
  在一種網絡中，每一網段的傳輸媒介均有其最大的傳輸距離(如細纜最大網段的長度為185 m，粗纜的為500 m等)，超過這個長度，傳輸介質中的數據信號就會衰減。如果需要比較長的傳輸距離，就需要安裝一個叫做“中繼器”的設備。
  中繼器可以“延長”網絡的距離，在網絡數據傳輸中起到放大信號的作用。數據經過中繼器，不需進行數據包的轉換。中繼器連接的兩個網絡在邏輯上是同一個網絡。
  考慮到電纜的衰減和時延等因素，網絡距離不能無限制地擴大。IEEE 802.3標準規定：以太網中任意兩個站點之間最多可以有4個中繼器。
  中繼器的主要優點是安裝簡單，使用方便，價格相對低廉。它不僅起到擴展網絡距離的作用，還可將不同傳輸介質的網絡連接在一起。中繼器工作在物理層，對于高層協議完全透明。
  2．網橋與交換機
  網橋與交換機一樣，在數據鏈路層完成幀的轉發，我們以網橋為例進行網絡互連的論述。
  網橋出現在20世紀80年代早期，是一種用于連接同類型局域網的雙端口設備。網橋工作在MAC層(第二層)，由于所有設備都使用相同的協議，因此，它所做的工作很簡單，就是根據MAC幀中的目的MAC地址轉發幀，不對所接收的幀做任何修改。通過網橋互連在一起的局域網是個一維平面網絡，即屬于同一個廣播域。
  網橋在數據鏈路層實現網絡互連，我們知道，局域網的數據鏈路層分成了LLC子層和MAC子層，網橋實際上是在MAC子層實現局域網的互連。如圖10.5所示的是用網橋實現局域網互連的一個例子。網橋有三個端口，分別連接IEEE 802.3、IEEE 802.4、IEEE 802.5三個不同類型的局域網。

  網橋擴大了網絡的規模，提高了網絡的性能，給網絡應用帶來了方便。但網橋互連也帶來了不少問題：第一個問題是，廣播風暴，網橋不阻擋網絡中廣播消息，當網絡的規模較大時(幾個網橋，多個以太網段)，有可能引起廣播風暴(Broadcasting Storm)，導致整個網絡全被廣播信息充滿，直至完全癱瘓。第二個問題是，當與外部網絡互連時，網橋會把內部和外部網絡合二為一，成為一個網，雙方都自動向對方完全開放自己的網絡資源。這種互連方式在與外部網絡互連時顯然是難以接受的。問題的主要根源是網橋只是最大限度地把網絡溝通，而不管傳送的信息是什么。
  3．路由器
  路由器出現在20世紀80年代末，是一種用于互連不同網絡的通用設備，工作在OSI/RM的第三層(目前均指IP層)，能夠處理不同網絡之間的差異，如處理編址方式、幀的最大長度、接口等方面的差異，其功能遠比網橋復雜。常規的網橋除了不能互連異構網絡外，還不能解決局域網中大量廣播分組帶來的廣播風暴問題。通過路由器互連的局域網被分割成不同的IP子網，每一個IP子網是一個獨立的廣播域。
  引入路由器主要有兩個優點：一是利用網絡層地址轉發分組，路由器可以有效地隔離廣播風暴，改善局域網的工作性能；二是利用路由器可以方便地實現管理域的獨立。傳統路由器的分組轉發功能是由軟件來實現的，因而主要缺點是分組的轉發速度慢，當經由多個路由器通信時，傳輸時延較大。
  路由器工作在OSI模型的第三層(網絡層)，因此它與高層協議有關；又由于它比網橋更高一層，因此智能性更強。它不僅具有傳輸能力，而且有路徑選擇能力。路由器互連的網絡如圖10.6所示。

  路由器深入到數據包中，閱讀每個數據包中包含的信息，使用復雜的網絡尋址過程來判斷適當的網絡目標。在從一個網絡向另一個網絡發送數據包時，丟棄了數據外層，重新打包并重新傳輸數據。
  路由器在工作時需要一個路由表，它使用這些表來識別其他網絡，以及通往其他網絡的路徑和最有效的選擇方法。路由器與網橋不同，它并不是使用路由表來找到其他網絡中指定設備的地址，而是依靠其他的路由器來完成此任務。也就是說，網橋是根據路由表來轉發或過濾信息包，而路由器是使用它的信息來為每一個信息包選擇最佳路徑。靜態路由器需要管理員來修改所有網絡的路由表，它一般只用于小型的網間互連；而動態路由器能根據指定的路由協議來完成修改路由器信息。使用這些協議，路由器能自動地發送這些信息，所以一般大型的網間連接均使用動態路由器。與網橋不同，路由器不要求在兩個網絡之間維持一直的連接。路由器僅在需要時建立新的或附加的連接，用以提供動態的帶寬或拆除空閑的連接。此外，當某條路徑被拆除或因擁擠而阻塞時，路由器會提供一條新的鏈路完成通信。路由器還能夠提供傳輸的優先權服務，給每一種路由配置提供最便宜或最快速的服務，這些功能都是網橋所沒有的。
  4．網關
  網關能夠在OSI模型中的所有七個層次上工作，網關就是一個協議轉換器。網關可接收某種協議分組格式的分組，然后在轉發之前將其分組轉換成為另外一種協議的格式。在計算機網絡中，習慣將第三層的網關，稱為路由器。
  一種情況下，網關負責將一種協議轉換為另一種協議。在某些情況下，惟一必要的修改就是分組的首部和尾部。在另外一種情況下，網關必須調整數據率、分組長度以及格式。
  5．網絡互連設備應用實例

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