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第5章网络的互连 本章主要掌握的内容是：网络互连设备、网络互连的概念和形式、Internet网际协议IP、广域网及相关技术，VPN技术与网络地址转换NAT。 1．网络互联的基本概念 （1）网络互联 指通过采用合适的技术和设备，将不同地理位置的计算机网络连接起，形成一个范围更广、规模更大的网络系统，实现更大范围的资源共享和数据通信。 （2）网络互连的类型 ●局域网之间的互联（LAN-LAN） ●局域网与城域网的互联（LAN-MAN） ●局域网与广域网的互联（LAN-WAN） ●远程局域网通过公网的互联（LAN-WAN-LAN） ●广域网与广域网的互联（WAN-WAN） （3）网络互连的层次 在物理层：中继器和集线器对物理信号进行整形放大和转发，它们并不理解网络协议方面的信息，但它们扩大了一个网络的传输范围。 数据链路层：网桥和交换机负责对帧信息进行转发，它们检查帧中的MAC地址，然后将帧转发到不同的网络中。这个过程中可以对协议进行非常有限的转换。 网络层：路由器将两个网络连接起来，它从帧中提取出分组，然后根据分组中的地址和路由表中的信息将分组中的地址和路由表中的信息将分组转发出去。 传输层：网关负责协议转换，例如一个分组可以通过网关在TCP网络和SNA网络之间进行传输。 2．Internet网际协议IP （1）Internet网际协议IP 网络协议IP作用于网络层，由于各种物理网络传输的帧格式和MAC地址有所不同，IP协议的作用就是将不同类型的帧转换为统一的IP包，将不同的MAC物理地址转换为全网统一的逻辑地址（IP地址），然后向传输层提供统一的IP包。 （2）子网划分 划分子网属于一个单位内部的事情。单位对外仍然表现为没有划分子网的网络。 从主机号借用若干个比特作为子网号subnet-id，而主机号host-id也就相应减少若干个比特。 IP地址::={<网络号>，<子网号>，<主机号>}具有子网的IP数据报传送 从其他网络发送给本单位某个主机的IP数据报，仍然是根据IP数据报的目的网络号net-id，先找到连接在本单位网络上的路由器。然后此路由器在收到IP数据报后，再按目的网络号net-id和子网号subnet-id找到目的子网。最后就将IP数据报直接交付给目的主机。 3．网络互联设备 网络互联设备主要包括： 网桥（Bridge）：网桥工作在数据链路层 路由器（Router）：所谓“路由”，是指把数据从一个地方传送到另一个地方的行为和动作。而路由器，正是执行这种行为动作的设备，作用于网络层。 网关（Gateway）：是实现高层互联即指互联传输层以上各层协议不同的网络的互联设备。 4．广域网及相关技术 （1）广域网的概念 广域网是将地理位置上相距较远的多个计算机系统，通过通信线路按照网络协议连接起来，实现计算机之间相互通信的计算机系统的集合。广域网由交换机、路由器、网关、调制解调器等多种数据交换设备、数据连接设备构成。 （2）广域网分类 电路交换网：是面向连接的网络，它有模拟和数字的电路交换服务。典型的电路交换网是电话拨号网和ISDN网。 分组交换网：使用无连接的服务，大多数现代网络都是分组交换网，例如X.25网、帧中继网等。 专用线路网：是指两个节点之间建立一个安全永久的信道。它是点到点连接的网络。典型的专用线路网采用专用模拟线路、DDN专线等。 5．典型的广域网 ●数字数据网DDN ●公用电话交换网 ●宽带广域网IP over DWDM/WDM 6．VPN技术和网络地址转换NAT 虚拟专用网（Virtual Private Network，VPN）是通过一个公用网络（通常是因特网）建立一个临时的、安全的连接，是一条穿过混乱的公用网络的安全、稳定的隧道，是对企业内部网的扩展 它可以帮助远程用户、公司分支机构、商业伙伴及供应商同公司的内部网建立可信的安全连接，并保证数据的安全传输。 7．IPv6下一代网际协议 目前IPv4的局限性主要是：IP地址资源不够用；路由表越来越大，路由速度越来越慢；越少对移动设备的支持等。 IPv6解决IP地址耗尽的问题的措施：采用无类别编址CIDR，使IP地址的分配更加合理。采用网络地址转换NAT方法以节省全球IP地址。采用具有更大地址空间（128位）的新版本的IP协议。 本章练习题 一、是非题（请在括号内，正确的划√，错误的划×） 1．路由器是通过网络层进行网络互连的，路由器功能主要是路由和协议转换。（ ） × 2．以太网中的路由器是用于OSI/RM七层模型中的数据链路层的设备。（ ） × 3．目前常用的IP地址由64个二进制位表示。（ ） × 4．OSPF协议是一种内部网关协议。（ ） √ 5．使用路由器互联各网络时，要求各网络间在数据链路层必须使用相同的协议。（ ） × 6．需要与其他子网进行通信的计算机，所要求的TCP/IP配置是唯一的IP地址。（ ） × 二、选择题 1．能实现不同的网络层协议转换功能的互联设备是（ ）。 A．集线器 B．交换机 C．路由器 D．网桥 D 2．PPP协议是（ ）协议。 A．物理层 B．数据链路层 C．网络层 D．传输层 B 3．按照路径选择算法，连接LAN的网桥通常分为透明网桥和（ ）。 A．协议转换网桥 B．串口网桥 C．源路由网桥 D．源路径选择透明网桥 C 三、填空题 1．在网络的配置中，必须建立一个由主机和路由器使用的__________。本质上，它是一个32位的模板，与IP地址进行一个逻辑与（AND）运算就可以迅速得到一个路由决定。 子网掩码 2．假定一网络要分成15个子网，每个子网将包含290台主机。应该使用哪些__________类型的网络地址？ A或B 解释： 因为2n -2≥主机数 所以2n≥292 因此n为9，即主机占用9位二进制码 因为划分15个子网，所以子网至少占用4位二进制码 子网和主机合共占用13位二进制码，因此至少要选B类网络地址，同理A类网络地址比B类网络地址所容纳的子网和主机要多，因此A类网络地址也合适。 四、简答题 1．对于给定的子网掩码255.255.255.224的C类网络地址，能够创建多少个子网并简述理由？ 答：6个子网，224可表示为二进制11100000，对于C类地址有3位可以表示子网，去除全0和全1以外，所以3位可以有6个子网划分。
五、论述题 1．如下图所示为某单位总部与远程的区域2、区域3以及互联网进行互联，粗线线路1大约1~30公里，细线线路2在200米之内，网内具有千兆传输速率，区域2可以独立有与Internet互联的通道，用户通过电话线与Internet宽带连接。 （1）请说明设备1~设备5所采用的设备名及其用途； （2）线路1和线路2所采用的介质； （3）用户端除了带网卡的PC机以外还应配什么设备。
2．按照下图，回答以下问题： （1）简述路由器的工作原理及主要功能： （2）如图所示，路由器连接四个网段A、B、C、D，每个网段中分别有×台主机。请叙述网段A中的主机A1向网段C中的主机C3发送数据的过程。
所谓“路由”，是指把数据从一个地方传送到另一个地方的行为和动作。而路由器，正是执行这种行为动作的设备，是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻译”，以使它们能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。 路由器是实现网络互联的设备，作用于物理层、数据链路层和网络层。通过网络层互联设备转发数据包时，需要识别网络的第三层地址，以决定一个数据包如何重新包装和发送。 路由器主要有以下几种功能： （1）网络互连。路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信。 （2）判断网络地址和选择网络路径的功能。路由器能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，根据网络地址对信息包进行过滤或转发，将不该转发的信息（包括错误信息）都过滤掉，从而可避免广播风暴。适合于复杂的、大型的、异构网互联。 （3）网络管理。路由器提供包括配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。 路由器所互联的网络都是独立的子网，它们可以有不同的拓扑结构、传输介质、介质访问控制方法和网络ID，路由器在多个网络之间提供网间服务，并具有相应的协议转换功能。当两个局域网要保持各自不同的管理控制范围时，就需要使用路由器。 （2）答： 网段A中的主机A1向网段C中的主机C3发送数据的过程如下： 第1步：用户A1将目的用户C3的地址，连同数据信息以数据帧的形式通过集线器或交换机以广播的形式发送给同一网络中的所有节点，当路由器A5端口侦听到这个地址后，分析得知所发目的节点不是本网段的，需要路由转发，就把数据帧接收下来。 第2步：路由器A5端口接收到用户A1的数据帧后，先从报头中取出目的用户C3的IP地址，并根据路由表计算出发往用户C3的最佳路径。因为C3的网络ID号与路由器的C5网络ID号相同，所以由路由器的A5端口直接发向路由器的C5端口应是信号传递的最佳途经。 第3步：路由器的C5已经属于网段C，若网段C是用交换机进行组网的，则由网段C中的集线器进行广播，主机C3也就收到了数据帧。 |
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