异构网络如何互连

❶ 计算机网络——4.网络层

将网络互连并能够互相通信，会遇到许多问题，例如：不同的寻址方案(不同的网络可能地址的表示位数不同)，不同的最大分组长度(最大帧长)，不同的网络接入机制，不同的超时控制，不同的差错恢复方法......

如何 将异构的网络互相连接起来 ：使用一些 中间设备(中间系统)(中继系统) ：

1.IP地址及其表示方法
IP地址就是给每个连接在互联网上的 主机(或路由器) 分配一个在全世界范围内是 唯一的32位 的标识符。IP地址由互联网名字和数字分配机构(ICANN)进行分配。分配给ISP，然后用户再通过ISP申请到一个IP地址。
2.IP地址的编址方式

后续还有 NAT 和 IPv6 这些方法

正常使用ABC三类，DE两类用作科研或者其他一般不开放使用。D类地址还是多播地址

A类地址：

B类地址：

C类地址：

3.特殊IP地址

4.IP地址的一些重要特点

IP地址与硬件地址是不同的地址

通信时使用的两个地址：

每个接口都有两个地址，网络层及以上的使用IP地址，数据链路层和物理层使用MAC地址(物理地址)
1.地址解析协议ARP的作用

3.ARP分组的传输

4.ARP高速缓存的作用

5.ARP欺骗
网络上的任意一台主机，在 没有接收到ARP请求 的情况下，可以 主动发送ARP响应 。

6.应当注意的问题

7.使用ARP的四种典型情况

假设现在有四个A类网络通过三个路由器连接在一起，而每个网络上都有成千上万台主机，如果按照目的主机的主机号来制作路由表，那么一个路由表就有 成千上万行 ，这样路由表的内存会过于庞大，因此我们按照 目的主机所在网络地址 来制作路由表，相当于 归类纪录 ，这样的话每个路由表只需要几行就可以，会大大简化。如下图：

2.特定主机路由 ：虽然互联网所有的分组转发都是基于 目的主机所在的网络 ，但是在大多数情况下，都允许有一个特例，即 指定某个网络中的某一台主机填入路由表 ，采用特定主机路由可以使网络管理人员 更方便地控制网络和测试网络 ，同时也考虑到某种 安全问题 。
3.默认路由 ：假如现在有一个分组的地址为1.2.3.4那么它的网络地址就是1.0.0.0，但是在路由表中没有记录，那么路由器就不知道该转发给谁，怎么转发，就会将这个分组丢弃，为了避免这种情况，有了默认路由，一旦出现 找不到目的地址的分组 ，就 由默认路由转发 (或者说 默认路由能够匹配所有的地址 )。但同时 默认路由的优先级是最小的 ，也就是 只有在找不到的情况下才会使用 ，找到了的话就不会用默认路由。采用默认路由可以 减少路由表所占用的空间和搜索路由表所用的时间 ，如果主机连接在一个 小网络 上，并且这个网络只用一个路由器与互联网连接，那么这种情况非常适合使用默认路由。例如下图：

1.从两级IP地址到三级IP地址
早期IP地址的不合理设计：IP地址浪费极大，因此对分类的IP地址做了一个改进，划分子网：在IP地址中增加一个"子网号字段"，使原本的两级地址(网络号，主机号)变成三级地址(网络号，主机号，子网号)，如下图所示：

例如：

3.子网掩码

规则：

(6).报告转发分组出错

1.网络前缀
划分子网虽然在一定程度上解决了困难，但是并 没有从根本上解决 ，仍然有几个问题：

2.CIDR的特点
CIDR是在 变长子网掩码(VLSM) 的基础上进一步提出的，它的全称为 无分类域间选择(CIDR) 。
主要特点：

3.路由聚合

4.CIDR记法的其它形式

5.CIDR地址块划分

❷ 常见的网络互连方式

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

❸ IP指的是什么

IP是Internet Protocol（网际互连协议）的缩写，是TCP/IP体系中的网络层协议。

IP是整个TCP/IP协议族的核心，也是构成互联网的基础。

IP位于TCP/IP模型的网络层(相当于OSI模型的网络层)，对上可载送传输层各种协议的信息，例如TCP、UDP等；对下可将IP信息包放到链路层，通过以太网、令牌环网络等各种技术来传送。

(3)异构网络如何互连扩展阅读

IP地址的结构：

1、网络地址

网络地址可用来识别设备所在的网络，网络地址位于IP地址的前段。

当组织或企业申请IP地址时，所获得的并非IP地址，而是取得一个唯一的、能够识别的网络地址。同一网络上的所有设备，都有相同的网络地址。IP路由的功能是根据IP地址中的网络地址，决定要将IP信息包送至所指明的那个网络。

2、主机地址

主机地址位于IP地址的后段，可用来识别网络上设备。同一网络上的设备都会有相同的网络地址，而各设备之间则是以主机地址来区别。

由于各个网络的规模大小不一，大型的网络应该使用较短的网络地址，以便能使用较多的主机地址；反之，较小的网络则应该使用较长的网络地址。为了符合不同网络规模的需求，IP在设计时便根据网络地址的长度，设计与划分IP地址。

❹ 实现异构网络的互联互通用相同网络好还是中间设备好

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计算机网络之网络层－网络互连与网络互连设备
2020-11-26 11:33:48阅读 4060
1. 异构网络互连
异构网络：主要是指两个网络的通信技术和运行协议的不同。 例如：WIFI和网线等。

异构网络互连的基本策略：

(1). 协议转换

采用一类支持异构网络之间协议转换的网络中间设备哗胡，来实现 异构网络之间数据分组的转换与转发。 例如：交换机或者是多协议路由器。

(2). 构建虚拟互联网络

在异构网络基础上构建一个同构的虚拟互联网络。

2. 路由器
路由器：最典型的网络层设备，具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机， 主要任务就是获取与维护路由信息以及转发分组。

路由器从功能体系结构角度：

(1). 输入端口

输入端口：查找，转发，到达分组， 缓存排队功能。


(2). 交换结构

交换结构：完成具体的转发工作，将输入端口的IP数据报交换到指定的输出端口。

主要包括：

A. 基于内存交换 ，性能最低，路由器乱早拦价格最便宜。


B. 基于总线交换


C. 基于网络交换，性能最高，路由器价格昂贵。


(3). 输出端口

输出端口：缓存排队，从队列中取出分组进行数据链路层数据帧的封装，发送。

调度策略：

A. 按先到先服务(FCFS)调度；

B. 按优先级调度；

C. 按IP数据报的服务类型调度。


(4). 路由处理器

A. 执行命令；

B. 路由协议运睁悉行；

C. 路由计算以及路由表的更新和维护。

❺ 异构网络的异构网络模型

图2.1给出了一种异构网络模型。不同类型的网络，通过网关连接到核心网，最后连接到Internet网络上，最终融合成为一个整体。异构网路融合的一个重要问题是这些网络以何种方式来进行互连，为异构无线网络资源提供统一的管理平台。为了说明异构网络的融合结构，这里给出一种特定的异构网络场景，它是由无线广域网（Wireless Wide Area Network，WWAN）（例如CDMA2000）和WLAN（例如IEEE802.11）组成的异构网络系统，如图2.2所示。
一个CDMA2000网络可以分成无线接入网（Radio Access Network，RAN）和核心网络（Core Network，CN）两部分。RAN包括一些无线技术实体，如基站控制器（Base Station Controller，BSC）和基站收发设备（Base Transceiver Station，BTS），来负责无线资源的管理。CN通常包括移动交换中心（Mobile Switching Center，MSC）来实现电路交换方式、分组数据服务节点（Packet Data Serving Node，PDSN）来实现包交换方式和网络交互功能（Inter-working Function，IWF）来为包交换和电路交换提供连接。CN负责呼叫管理和建立连接。在WLAN中，移动终端（Mobile Terminals，MTs）和接入点（Access Point，AP）之间进行通信。AP在WLAN中实现物理和数据链路层的功能，也充当无线路由器来执行网络层的功能，为WLAN与其他网络提供连接。
在如图2.2中异构网络的融合结构中，通常有三种类型的融合方案，分别是松耦合结构、紧耦合结构、超紧耦合结构。接下来分别介绍这三种耦合结构。
超紧耦合是通过连接到相同的BSC上与不同的无线接入技术（Radio Access Technology，RAT）进行融合。网络的状态信息是局部的，不需要通过额外的请求来获得信息，可以应用在当网络之间是重叠覆盖的情况下。与其他的耦合方案相比，超紧耦合方案的切换时延很短，因为中间涉及到的网络实体少。但是由于这两种RAT完全不同，因此实现超紧耦合方式就需要对应用在BSC上的处理过程进行很多修改。
在紧耦合结构中，不同的RATs通过CN进行融合，耦合结点可以是MSC或者PDSN。在图2.2中，MSC或者PDSN都是负责WWAN和WLAN的连接管理、认证和定价，因此WLAN路由器需要实现相关的WWAN协议。与超紧耦合相比，这个系统仅需要对现有接入网络进行很小的修改，因此它非常容易实现。与超紧耦合相比，在切换过程中，由于涉及到很多网络的实体，因此这种方案的VHO时延增加了。
在松耦合的异构网络中，MSC与WLAN都经过通用接口与公共的Internet进行交互信息，来保持服务的连续性。但是由于每个网络需要执行网络的连接和会话的激活过程，因此这种方案执行切换时会导致时延很大。
对于超紧耦合和紧耦合方式的异构网络融合结构中，网络选择算法通常可以安排在耦合节点上，即分别是BSC和CN。但是对于松耦合方式，网络选择算法可以应用在移动终端。