網絡互連是爲了將兩個以上具有獨立自治能力 、 同構或異構的計算機網絡連接起來,實現數據流通,擴大資源共享的範圍,或者容納更多的用戶。網絡互連包括局域網與局域網的互連 、 局域網與廣域網的互連 、 廣域網與廣域網的互連,這可以擴大資源共享的範圍,使更多的資源可以被更多的用戶共享。
1 網絡互連設備
在網絡互連時,各節點一般不能簡單地直接相連,而是需要通過一箇中間設備來實現。按照 OSI/RM 的分層原則,這個中間設備要實現不同網絡之間的協議轉換功能,根據它們工作的協議層不同進行分類,網絡互連設備有中繼器(實現物理層協議轉換,在電纜間轉換二進制信號) 、 網橋(實現物理層和和數據鏈路層協議轉換) 、 路由器(實現網絡層和以下各層協議轉換) 、 網關(提供從最底層到傳輸層或以上各層的協議轉換)和交換機等。在實際應用中,各廠商提供的設備都是多功能組合,向下兼容的。表 1 則是對以上設備的一個總結。
互聯設備 | 工作層次 | 主要功能 |
---|---|---|
中繼器 | 物理層 | 對接收信號進行再生和發送,只起到擴展傳輸距離的作用,對高層協議是透明的,使用個數有限 ( 例如,在以太網中只能使用4個 )。 |
集線器 | 物理層 | 多端口中繼器。 |
網卡 | 數據鏈路層 | 即網絡接口卡,NIC(Network Interface Card),網卡與驅動已實現網絡協議中底層功能,它們負責收發信號,實現幀一級的相關功能。 |
網橋 | 數據鏈路層 | 根據幀物理地址進行網絡之間的請求轉發,可緩解網絡通信繁忙度,提高效率。只能夠連接相同 MAC 層的網絡。 |
二層交換機 | 數據鏈路層 | 指傳統意義上的交換機,多端口網橋。 |
路由器 | 網絡層 | 通過邏輯地址進行網絡之間的信息轉發,可完成異構網絡之間的互聯互通,只能連接使用相同網絡層協議的子網。 |
三層交換機 | 網絡層 | 帶路由功能的二層交換機。 |
網關 | 高層(第4~7層) | 最複雜的網絡互聯設備,用於連接網絡層以上執行不同協議的子網。 |
多層交換機 | 高層(第4~7層) | 帶協議轉換的交換機。 |
隨着無線技術運用的日益廣泛,目前,市面上基於無線網絡的產品非常多,主要有無線網卡 、 無線AP 、 無線網橋和無線路由器等。
2 交換技術
在計算機網絡中,當用戶較多而傳輸的距離較遠時,通常不採用兩點固定連接的專用線路,而是採用交換技術,使通信傳輸線路爲各個用戶公用,以提高傳輸設備的利用率,降低系統費用。
按照實際的數據傳送技術,交換技術又可分爲電路交換 、 報文交換和分組交換,它們的主要特點如下:
(1)電路交換
在數據傳送之前必須先設置一條通路。在線路釋放之前,該通路將由一對用戶獨佔。
(2)報文交換
報文從源點傳送到目的地採用存儲轉發的方式,在傳送報文時,同時只佔用一段通道。在交換節點中需要緩衝存儲,報文需要排隊。因此,報文交換不能滿足實時通信的要求。
(3)分組交換
交換方式和報文交換方式類似,但報文被分成分組傳送,並規定了最大的分組長度。在數據報分組交換中,目的地需要重新組裝報文;在虛電路分組交換中,在數據傳送之前必須通過虛呼叫設置一條虛電路。分組交換技術是在數據網絡中使用最廣泛的一種交換技術。
根據各自的特點,不同的交換技術適用於不同的場合。例如,對於交互式通信來說,報文交換肯定是不適合的;對於較輕和間歇式負載來說,電路交換是最合適的,因此,可以通過電話撥號線路來實行通信;對於較重或持續的負載來說,使用租用的線路以電路交換方式通信是合適的;對必須交換中等數據到大量的數據時,可用分組交換方法。
3 路由技術
路由器是工作在網絡層的重要網絡互連設備,構成了基於 TCP/ IP 協議的 Internet 的主體脈絡,工作在 Internet 上的路由器也稱爲 IP 網關。
路由器的主要功能就是進行路由選擇。當一個網絡中的計算機要給另一個網絡中的計算機發送分組時,它首先將分組送給同一個網絡中用於網絡之間連接的路由器,路由器根據目的地址信息,選擇合適的路由,將該分組傳遞到目的網絡用於網絡之間連接的路由器中,然後通過目的網絡中內部使用的路由選擇協議,該分組最後被遞交給目的計算機。
3.1 應用範圍區分
根據路由選擇協議的應用範圍,可以將其分爲內部網關協議( Interior Gateway Protocol , IGP ) 、 外部網關協議( Exterior Gateway Protocol , EGP )和核心網關協議( Gateway Gateway Protocol , GGP )三大類。
(1)內部網關協議
內部網關協議是指在一個自治系統( Autonomous System , AS )內運行的路由選擇協議,主要包括 RIP ( Routing Information Protocol ,路由信息協議) 、OSPF ( Open Shortest Path First ,開放式最短路徑先先) 、 IGRP ( Interior Gateway Routing Protocol ,內部網關路由協議)和 EIGRP ( Enhanced IGRP ,增強型 IGRP )等。其中 AS 是指同構型的網關連接的互連網絡,通常是由一個網絡管理中心控制的。
(2)外部網關協議
外部網關協議是指在兩個 AS 之間使用的路由選擇協議,最新的 EGP 主要有 BGP ( Border Gateway Protocol ,邊界網關協議),其主要功能是控制路由策略。
(3)核心網關協議
Internet 中有個主幹網,所有的 AS 都連接到主幹網上,主幹網中的網關稱爲核心網關,核心網關之間交換路由信息時使用的是 GGP。
3.2 算法區分
從路由協議使用的算法來看,所有的路由協議可以分爲以下三類:
(1)距離向量協議
計算網絡中所有鏈路的矢量和距離,並以此爲依據來確定最佳路徑。這類協議會定期向相鄰的路由器發送全部或部分路由表。
(2)鏈路狀態協議
使用爲每個路由器創建的拓撲數據庫來創建路由表,通過計算最短路徑來形成路由表。這類協議會定期向相鄰路由器發送網絡鏈路狀態信息。
(3)平衡型協議
結合了距離向量協議和鏈路狀態協議的優點。
4 多路複用技術
多路複用技術能把多個信號組合起來在一條物理信道上進行傳輸,在遠距離傳輸時可大大節省電纜的安裝和維護費用。多路複用技術可以分爲頻分多路複用 (FrequencyDivisionMultiplexing , FDM ) 時分多路複用 (TimeDivisionMultiplexing , TDM) 兩種 。
FDM 按頻譜劃分信道,多路基帶信號被調製在不同的頻譜上。因此它們在頻譜上不會重疊,即在頻率上正交,但在時間上是重疊的,可以同時在一個信道內傳輸 。 FDM 的優點是信道複用率高,允許複用路數多,分路也很方便。因此, FDM 已成爲現代模擬通信中最主要的一種複用方式,在模擬式遙測 、 有線通信 、 微波接力通信和衛星通信中得到廣泛應用 。
TDM 將一條物理信道按時間分成若干個時間片輪流地分配給多個信號使用。每時間片由複用的一個信號佔用,而不像 FDM 那樣,同一時間同時發送多路信號。這樣,利用每個信號在時間上的交叉,就可以在一條物理信道上傳輸多個數字信號 。TDM 不僅僅侷限於傳輸數字信號,也可以同時交叉傳輸模擬信號。
對於模擬信號,有時可以把時分多路複用和頻分多路複用技術結合起來使用。一個傳輸系統可以頻分成許多條子通道,每條子通道再利用時分多路複用技術來細分。在寬帶局域網絡中可以使用這種混合技術。
5 傳輸介質
傳輸介質是指在網絡中傳輸信息的載體,常用的傳輸介質分爲有線傳輸介質和無線傳輸介質兩大類。
無線傳輸介質是指在兩個通信設備之間不使用任何物理連接,而是通過空間傳輸的一種技術。無線傳輸介質主要有微波 、 紅外線和激光等。它們的抗干擾性都比較差;
有線傳輸介質是指在兩個通信設備之間實現的物理連接部分,它能將信號從一方傳輸到另一方,有線傳輸介質主要有雙絞線 (twlst-pair) 、 同軸電纜和光纖3種。
以下是各種以太網常用介質類型: