局域网的互联技术

一、网络互联的基本概念

随着网络应用技术的发展，网络互联技术已经成为网络技术中的一个重要研究内容。网络互联技术是指：将分布在不同地理位置的网络、设备相连接，构成更大规模的网络系统，实现网络资源的共享。用于实现网络互联技术的网络、设备可以是同类型的网络、异构网络、运行于各种协议的设备与系统。

在整个互联形成的更大的网络中，任何子网的网络资源都应该是整个网络的资源，而且在互联后的网络中，网络的共享资源与网络的物理结构（OSI模型中的第一层）是分离的。

对于互联后的网络，网络的拓扑结构对于任何一个子用户都是透明的，因此在网络实现互联后，从管理的角度（技术上），应该能够屏蔽各子网在网络协议（Protocol）、服务类型及网络管理等方面的差异。

对于即将要实现互联的各子网，应该具备以下必要的条件：

在子网间提供链路，即提供：物理线路、数据线路；

在不同的网络接点（Node）的进程之间提供适当的路由来交互数据；

提供网络计帐服务，记录网络资源的使用情况；

提供各种特色网络互联服务，尽量不改变主干网的结构。

网络互联从通信参考模型的角度可分为几个层次：在物理层使用中继器(repeater)，通过复制位信号延伸网段长度；在数据铁路层使用网桥(bridge)，在局域网之间存储或转发数据帧；在网络层使用路由器(router)在不同网络间存储转发分组信号；在传输层及传输层以上，使用网关(gateway)进行协议转换，提供更高层次的接口。因此中继器、网桥、路由器和网关是不同层次的网络互联设备。

网络互联的类型主要有以下几种：

局域网（LAN）与局域网（LAN）互联

局域网（LAN）与广域网（WAN）互联

局域网（LAN）与广域网（WAN）再与局域网（LAN）互联

广域网（LAN）与局域网（WAN）再与广域网（LAN）互联（异地）

广域网（LAN）与广域网（LAN）互联

二、网络互联设备分类

按照OSI模型的定义，连接两个子网的设备可以按照其所处的层次或所支持的协议分类。中继器（Repeater）、集线器（Hub）、网桥（Bridge）、交换器（Network Switch）、路由器（Network Router）（读取每一个数据包中的地址然后决定如何传送的专用,智能性的网络设备）。网络硬件设备有的必须与相关的软件相配合，才能正常使用，如：网卡、网桥、路由器等。

中继器（Repeater）工作在OSI七层模型的第一层，即物理层。中继器(repeater)又称重发器。由于网络节点间存在一定的传输距离，网络中携带信息的信号在通过一个固定长度的距离后，会因衰减或噪声干扰而影响数据的完整件，影响接收节点正确的接收和辨认，因而经常需要运用中继器。中继器接受一个线路中的报文信号，将其进行整形放大、重新复制，并将新生成的复制信号转发至下—网段或转发到其它介质段。这个新生成的信号将具有良好的波形。

中继器一般用于方波信号的传输。有电信号中继器和光信号中继器，它们对所通过的数据不作处理，主要作用在于延长电线和光线的传输距离。

每种网络都规定了一个网段所容许的最大长度。安装在线路上的中继器要在信号变得太弱或损坏之前，将接收到的信号还原、重新生成原来的信号．并将更新过的信号放回到线路上．使信号在更靠近目的地的地方开始二次传输，以延长信号的传输距离。安装中继器可使接点间的传输距离加长。中继器两端的数据速率、协议(数据链路层和地址空间相同)。

中继器仅在网络的物理层起作用．它不以任何方式改变网络的功能。

中继器不同于放大器，放大器从输入端读入旧信号，然后输出—个形状相同、放大的新信号。放人器的特点是实时、实形地放大信号。它包括输人信号的所有失真。在放大信号的时候，对失真也进行了放大。也就是说，放大器不能分辨需要的信号和噪声，它将输入的所有信号都进行放大；而中继器则不同，它并不是放大信号。而是重新生成它。当接受到一个微弱或损环的信号时，它将按照信号的原始长度—位—位地复制信号。因此，中继器是一个再生器，而不是一个放大器。

中继器放置在传输线路上的位置是很重要的。中继器必须放置在任一位信号的含义受到噪声影响之前。—般来说，小的噪声可以改变信号电压的准确值、但是不会影响对某一位是“1”、或“0”的辨认。如果让衰减了的信号传输更远。则积累的噪生影响将会影响到对某

一位是“1”、或“0”的辨认．从而有可能完全改变信号的含义。这时原来的信号将出现无法纠正的差错。因而在传输线路上，中继器应放置在信号失去可读性之前。即在仍然可以辨认出信号原有含义的地方放置中继器，利用它重新生成原来的信号，恢复信号的本来面目。

中继器使得网络可以跨越——个较大的距离。在中继器的两端，其数据速率、协议〔数据链路层〕和地址空间都相同。

（Repeater:A repeater is a device that is used to connect several segments of a LAN in order to expand the allowable length of the network.A repeater accepts traffic from its input port and then retransmits the traffic at its output port.A HUB is a multiple output repeater.A repeater works in the Physical layer of the OSI model as following picture.

网桥(Bridge)是存储转发(Store-and-forward)设备，用来连接同一类型的局域网。网桥将数据帧送到数据链路层（DLL）进行差错校验，再送到物理层（PLL），通过物理传输介质送到另一个子网或网段。它具备寻址与路径选择的功能。在接收到帧（Frame）之后、要决定正确的路径将帧送到相应的目的站点。

网桥能够互联两个采用不同数据链路层协议、不向传输速率、不向传输介质的网络。

。

它要求两个互联网络在数据链路层以上采用相同或兼容的协议

网桥同时作用在物理层（PLL）和数据链路层（DLL），用于网段之间的连接，也可以在两个相同类型的网段之间进行帧中继。网桥可以访问所有连接节点的物理地址。有选择性地过滤通过它的报文。当在一个网段中生成的报文要传到另外一个网段中时，网桥开始苏醒，转发信号；而当某个报文在本身的网段中传输时，网桥处于睡眠状态。

当一个帧到达网桥时，网桥不仅重新生成信号、而且检查目的地址．将新生成的原信号复制件仅仅发送到这个地址所属的网段。每当网桥收到一个帧时，它读出帧中所包含的地址，同时将这个地址同包含所有节点的地址表相比较。当发现一个匹配的地址时，网桥将查找出这个节点属于哪个网段．然后将这个包传送到那个网段。

网桥在两个或两个以上的网段之间存储或转发数据帧，它所连接的不同网段之间在介质、电气接口和数据速率上可以存在差异。网桥两端的协议和地址空间保持一致。

网桥比中继器多了一点智能。中继器不处理报文，它没有理解报文中任何东西的智能．它只是简中地复制报文。而网桥有一些小小的智能，它可以知道两个相邻网段的地址。

网桥与中继器的区别在于：网桥具有使不同网段之间的通信相互隔离的逻辑，或者说网桥是一种聪明的中继器。它只对包含预期接收者网段的信号包进行中继。这样，网桥起到了过滤信号包的作用，利用它可以控制网络阻塞，同时隔离出现了问题的链路。但网桥在任何情况下都不修改包的结构或包的内容，因此只可以将网桥应用在使用相同协议的网段之间。

为了在网段之间进行传输选择，网桥需要一个包含与它连接的所有节点地址的查找表，这个表指出各个节点属于哪个段。这个表是如何生成的以及有多少个段连接到一个网桥上决定了网桥的类型和费用。

下面是3种类型的网桥：(1)简单网桥

简单网桥是最原始和最便宜的网桥类型。一个简单网桥连接两个网段，同时包含一个列出了所有位于两个网段的节点地址表。简单网桥的这个节点地址表必须完全通过手工输入。在一个简单网桥可以使用之前，操作员必须输入每个节点的地址。每当一个新的站点加入时，这个表必须被更新。如果一个站点被删除了，那么出现的无效地址必须被删除。因此，包含在简单网桥中的逻辑是在通过或不通过之间变化的。对制造商来说这种配置简单并且便宜，但安装和维护简单网桥耗费时间，比较麻烦，比起它所节约的费用来可能是得不偿失。

学习网桥（Learning Bridge）学习型网桥在它实现网桥功能的同时，自己建立站点地址表。当一个学习网桥首次安装时，它的表是空的。每当它遇到一个包（Pack）时，它会同时查看源地址和目标地址。网桥通过查看目标地址决定将数据包送往何处。如果这个目标地址是它不认识的，它就将这个包中继到所有的网段中。

学习网桥使用源地址来建立地址表。当网桥读出源地址时，它记下这个包来自哪个网段来的，从而将这个地址和它所属的网段连接在一起。通过由每个节点发送的第一个包，网桥可以得知该站点所属的网段。最终，网桥将获得一个完整的节点地址和各自所属网段的表，并将这个表存储在它的内存中。

例如上图中显示了两个通过网桥连接在一起的网段。节点A和节点D处于同一个网段中。当节点A送到节点D的包到达网桥时，这个包被阻止进入下面其它的网段中，而只有在本中继网段内中继，被站点D接收。在图中，由节点A产生的包要送到节点G，网桥允许这个包跨越并中继到整个下面的网段。数据包将在那里被站点G接收。因此网桥能使总线负荷得以减小。

在地址表建立后网桥仍然会继续上述过程，使学习网桥不断自我更新。假定图中节点A和节点G相互交换了位置．这样就会导致储存的所有节点地址的信息发生错误。但由于网桥仍然在检查所收到包的源地址，它会注意到现在站点A发出的包来自下面的网段，而站点G发出的包来自上面的网段，因此网桥可以根据这个信息更新它的表。

当然具有这种自动更新功能的学习网桥会比简单网桥昂贵，但是对于大多数用户来说，这种为增强功能、提供方便的花费是值得的。

多点网桥（Multi-node Bridge）

一个多点网桥可以是简单网桥，也可以是学习网桥。它可以连接两个以上相同类型的网段。

网桥（Bridge）A bridge is used to connect different segments of a network together (Homogeneous,同类的,相似的,均一的,均匀的,).A bridge operates in Data Link Layer just as the structure as blow.

The function of a bridge is to analyze the incoming destination address of a frame and make a forwarding decision based on the location of the station.Just as shown above,a bridge is used to connect two Ethernet LANs together.For example,if station A sends a frame to station B,the bridge gets the frame and sees station B in the same segments as station A and discards the frame.The bridge forwards the data from one LAN to another without alteration of the frame.Bridges allow network administrators to segment their network transparently(明亮地,显然地,易觉察地).This

means that the individual(n.个人,个体;adj.个别的,单独的,个人的,) station does not need to know that there is a bridge in the network.

Bridges are capable of filtering.Filtering is useful for eliminating unnecessary broadcast(=transmit)frame.Bridges can be programmed not to forward frames from specific source.By dividing a large network into segments and using a bridge to link the segments together,the throughput(生产量,生产能力,吞吐量)of the network willincrease.If one segment of the network has failed,other segments connected to the bridge can keep the network alive.

Bridge extend the length of the LAN.While stations A and B are communicating with each other,station C and D can communicate each other too.

There are two types of bridges.One is the Transparent(可透过的,透明的,显然的,明晰的)Bridge or Learning Bridge and the other is the Source Routing Bridge.

Learning Bridge or Transparent Bridge.Learning bridge requires no initial programming.It can learn the location of a device by accepting a frame from the network segment and recording the NIC address and the port number.The frame comes to the bridge,which then retransmits the frame to all the segments of the network except the segment which received the frame.By using this method,the learning bridge learns which station is connected to which segment of the network.

Source Routing Bridge.The frame contains the entire route to the destination.A source routing bridge is used to for a Token Ring Network because a token ring frame has a field that specifies the route of the frame.

由此，可以看出，网桥是在数据链路路层上实现的不同网络的互联，它具有以下特征：1）网桥能够互联两个采用不同数据链路层协议、采用不同传输介质、传输速度不一样的网络；

2）网桥可以接受、存储、地址过滤(Filter)及转发（Store and-Forward）的方式实现两个网络间的通讯；

3）网桥需要两个相连的网络在数据链路层上采用相同或兼容的协议（Protocols）4）为了改善网络的性能及提高网络的安全性，网桥可以通过编程的方法网络间的信息流量

网桥在局域网（LAN）中可以用来将一个大型局域网（LAN）分割成既能工作有能够相互通讯的多个子局域网（LAN）的互联结构，大大改善网络的性能，提高网络的安全性。

下面介绍的交换器（Switch）就是基于透明网桥(Transparent Bridge)的原理而设计的。

路由器可以工作在物理层（PHL）、数据链路层（DLL）和网络层（NLL）。它比中继器和网桥更加复杂。在路由器所包含的地址之间，可能存在若干路径，路由器可以为某次特定的传输选择一条最好的路径。

报文传送的目的地网络和目的地址一般存在于报文的某个位置。当报文进入时，路由器读取报文中的目的地址，然后把这个报文转发到对应的网段中。它会取消没有目的地的报文传输。对存在多个子网络或网段的网络系统，路由器是很重要的部分。

路由器可以在多个互联设备之间中继数据包。它们对来自某个网络的数据包确定路线，发送到互联网络中任何可能的目的网络中。下图显示了一个由5个网络组成的互联网络。

当网络节点发送一个数据包到邻近网络时，数据包将会先传送到连接处的路由器中；然后通过这个路内器把它转发到目的网络中。如果在发送和接收网络之间没有一个路由器直接将它们连接，则发送端的路由器将把这个包通过和它相连的网络，送往通向最终日的地路径上的下一个路内器，那个路由器将会把这个数据包传递到路径中的下一个路由器。如此这般，最后到达最终日的地。

路由器（Router）如同网络中的一个节点（Node）那样工作。但是大多数节点仅仅是

一个网路的成员。而路由器同时连接到两个或更多的网络中，并同时拥有它们所有的地址。路由器从所连接的节点上接收数据包（Pack），同时将它们传送到第二个连接的网络中。当一个接收包的目标节点位于这个路由器所不连接的网络中时，路由器（Router）有能力决

。一旦路由器识别出一个数据包所走的最佳定哪一个连接网络是这个包最好的下一个中继点

路径，它将通过合适的网络把数据包传递给下一个路由器

。下一个路由器再检查目标地址．找出它所认为的最佳路由，然后将该数据包送往目的地址，或送住所选路径上的下一个路由器（Router）。

路由器（Router）是在具有地址空间、数据速率和介质的网段间存储转发信号的设备。路由器连接的所有网段，其协议是保持一致的。

路由器（Router）:Routers are more complex internetworking devices than bridge.The router works in the Network Layer of the OSI model to route a frame from one LAN to another LAN.

To do this,a router must recognize each network layer of the LAN segments connected to the router.Therefore,a router that recognizes multiple network layers is called a multi-port protocol router.The main function of a router is to determine the optimal data path and transfer the information in the path.The down picture shows how routers are used to connect several LANs together at different locations.Another function of a router is to convert one type of frame to another type.Station B is connected to a Token Ring Network and has a frame for station A.router C is capable of converting the token ringframe format to an Ethernet frame format.

Routers are classified as two types based on their operation.They are static routers and dynamic router s.

Static router:In a static router,the routing table is administered manually(by hand)by the network administrator who determines the route.Dynamic router:The dynamic router sets up its own routing table and updates the routing table automatically.The dynamic router also exchanges information with the next router on the network.

路由器（Router）能够在网络层上实现多个网络间的互联，其基本特征：

1）路由器（Router）为两个或两个以上网络之间的数据传输选择最佳路由选择；

2）路由器（Router）与网桥(Bridge)间的主要区别：网桥(Bridge)于高层协议，它把几个的子网连接在一起，为拥护提供一个更大的逻辑网络；路

由器（Router）则是从路由的角度为不同的逻辑上的子网用户之间的数据

传输提供传输线路；

3）路由器（Router）要求结点网络层以上的各层使用相同或兼容的协议。

网关（Gateway）又被称为网间协议变换器（也称为信关），网关是比用网桥(Bridge)及路由器（Router）更复杂的网络互联设备，以实现不同通信协议的网络之间、包括使用不同网络操作系统的网络之间的互联。由于它在技术上与它所连接的两个网络的具体协议有关，因而用于不同网络间转换连接的网关是不相同的。一个普通的网关（Gateway）可用于连接两个不同的总线或网络。由网关进行协议转换，提供更高层次的接口。网关（Gateway）允许在具有不同协议和报文组的两个网络之间传输数据。在报文从一个网段到另一个网段的

。

传送中，网关提供了一种把报文重新封装形成新的报文组的方式

网关需要完成报文的接收、翻译与发送。它使用两个微处理器和两套各自的芯片组。每个微处理器都知道自己本地的总线语言，在两个微处理器之间设置一个基本的翻译器。I ／O数据通过微处理器，在网段之间来回传递数据。在工业数据通信中网关最显著的应用就是把一个现场设备的信号送往另一类不同协议或更高一层的网络。例如把ASI（A ctuator S ensor I nterface）网段的数据通过网关送往PROFIBUS DP网段。

为了实现不同协议的网络间的互联，网关（Gateway）应该能够实现不同网络协议间的

。支持不同网络协议之间转转换，在具体实现技术上与它所互联的两个具体的网络协议相关

换的网关（定义与功能）是不相同的。

网关（Gateway）

Gateways operate up to the Application layer as shown in next figure.The application of a gateway is to convert from one protocol to another protocol.

The upper picture shows the connection of a network for IBM SNA architecture, through a gateway,with a LAN running the TCP/IP protocol.

信道服务/数据服务（CSU/DSC）

A Channel Service Unit/Data Service Unit is used to connect a LAN to WAN link

集线器（Hub）

交换器（Network Switch）

交换机（Switch）

LAN switching A bridge is used to connect different segments of a network together(Homogeneous,同类的,相似的,均一的,均匀的,

).A bridge operates in Data Link Layer just as the

structure as blow.

The function of a bridge is to analyze the incoming destination address of a frame and make a forwarding decision based on the location of the station.Just as shown above,a bridge is used to connect two Ethernet LANs together.For example,if station A sends a frame to station B,the bridge gets the frame and sees station B in the same segments as station A and discards the frame.The bridge forwards the data from one LAN to another without alteration of the frame.Bridges allow network administrators to segment their network transparently(明亮地,显然地,易觉察地).This

means that the individual(n.个人,个体;adj.个别的,单独的,个人的,) station does not need to know that there is a bridge in the network.

Bridges are capable of filtering.Filtering is useful for eliminating unnecessary broadcast(=transmit)frame.Bridges can be programmed not to forward frames from specific source.By dividing a large network into segments and using a bridge to link the segments together,the throughput(生产量,生产能力,吞吐量)of the network will increase.If one segment of the network has failed,other segments connected to the bridge can keep the network alive.

Bridge extend the length of the LAN.While stations A and B are communicating with each other,station C and D can communicate each other too.

There are two types of bridges.One is the Transparent(可透过的,透明的,显然的,明晰的)Bridge or Learning Bridge and the other is the Source Routing Bridge.

Learning Bridge or Transparent Bridge.Learning bridge requires no initial programming.It can learn the location of a device by accepting a frame from the network segment and recording the NIC address and the port number.The frame comes to the bridge,which then retransmits the frame to all the segments of the network except the segment which received the frame.By using this method,the learning bridge learns which station is connected to which segment of the network.

Source Routing Bridge.The frame contains the entire route to the destination.A source routing bridge is used to for a Token Ring Network because a token ring frame has a field that specifies the route of the frame.

高速局域网技术

局域网结构化布线技术

局域网网络规划