网络互连技术之互连设备

从理论上讲，中继器的使用是无限的，网络也因此可以无限延长。事实上这是不可能的，因为网络标准中都对信号的延迟范围做了具体的规定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会引起网络故障。例如，在10 Base-5粗缆以太网的组网规则中规定：每个网段的最大长度为500m，最多可用4个中继器连接5个网段，其中只有3个网段可以挂接计算机终端，延长后的最大网络长度为2500m。

中继器的主要特点可以归结为以下几点。

1）中继器在数据信号传输过程当中只是起到放大电信号、延伸传输介质、扩大网络范围的作用，并不具备检查错误和纠正错误的功能。

2）因为中继器工作在物理层，主要完成物理层的功能，所以中继器只能连接相同的局域网，即用中继器互连的局域网应具有相同的协议（如CSMA/CD）和传输速率。

3）中继器既可用于连接相同的局域网（如细缆以太网之间的连接），也可用于连接不同的局域网（如细缆以太网与双绞线以太网之间的连接）。

4）中继器支持数据链路层及其以上各层的任何协议。

（2）集线器

集线器是一种特殊的中继器，是一种多端口中继器，用于连接双绞线介质或光纤介质以太网系统，是组成10 Base-T、100 Base-T或10 Base-F、100 Base-F以太网的核心设备，如图2所示。

图2 集线器

Hub的使用起源于20世纪90年代初10 Base-T （双绞线以太网）标准的应用。由于双绞线的价格较低，并且Hub的可靠性和可扩充性很强，因此得到了迅速普及。Hub除了能够转发信号之外，还克服了总线形网络的局限，提高了网络的可靠性。例如，在使用总线连接时，往往会因为T型接头的接触不良或者碰线，使整个网络无法正常工作，改用Hub就可以保证连接的可靠性，减少节点之间的互相干扰。

Hub有无源Hub、有源Hub和智能Hub之分。无源Hub的功能是：只负责将多段传输媒体连在一起，而不对信号本身做任何处理，对于每一段传输媒体，只允许扩展到最大有效距离的一半（通常为100m）。有源Hub和无源Hub相似，但有源Hub还具有信号放大、延伸网段的能力，起着中继器的作用。智能Hub除具有有源Hub的全部功能外，还将网络的很多功能集成到Hub中，如网络管理功能、网络路径选择功能等。

2、网桥

（1）网桥的功能和特点

网桥是一种在OSI参考模型的数据链路层实现局域网之间互连的设备。网桥在数据链路层对数据帧进行存储转发，将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成一个单个的逻辑局域网络，以实现网络互连，如图3所示。

图3 网桥工作示意

网桥连接的两个局域网可以基于同一种标准（如802.3以太网之间的互连），也可以基于不同类型的标准（如802.3以太网与802.5令牌环网之间的互连），并且这些网络使用的传输介质可以不同（如粗、细同轴电缆以太网和光纤以太网的互连）。

网桥的主要作用是将两个以上的局域网互连为一个逻辑网，减少局域网上的通信量，提高整个网络系统的性能。网桥并不是复杂的网络互连设备，其工作原理也比较简单。当网桥收到一个数据帧后，首先将其传送到数据链路层进行分析和差错校验，根据该数据帧的MAC地址段来决定是删除这个帧还是转发这个帧。如果发送方和接收方处于同一个物理网络（网桥的同一侧），网桥则将该数据帧删除，不进行转发。如果发送方和接收方处于不同的物理网络，网桥则选择路径，通过物理层传输机制和指定的路径将该帧转发到目的局域网。在转发数据帧之前，网桥对帧的格式和内容不做或只做少量的修改。

和中继器相比，网桥的主要特点可以归结为以下几个。

1）网桥可实现不同结构、不同类型局域网络的互连，并在不同的局域网之间提供转换功能；而中继器只能实现同类局域网的互连。

2）网桥不受定时特性的限制，可互连范围较大的网络（例如，可将多个距离较远的网络连接到主干网上，最远可达10km）；而中继器受MAC定时特性的限制，一般只能连接5个网段的以太网，并且不能超过一定距离。

3）通过对网桥的设置，可起到隔离错误信息的作用，保证网络的安全；而中继器只能作为数字信号的整形放大器，并不具备检错、纠错功能。

4）利用网桥可增加网上工作站的数目，因为网桥只占一个工作站地址，却可以将另一个网络上的许多工作站连接在一起；用中继器互连的以太网，随着用户数的增加，总线冲突增大，网络的性能必然会大大降低。

（2）网桥的分类

可以根据网桥的不同特点对网桥的种类进行多种形式的划分，常用的分类方法主要有以下3种。

1）根据连接的范围可将网桥分为本地网桥和网桥。本地网桥主要是用来提供同一地理区域内的多个局域网段之间的直接连接。网桥则是用于连接不同区域内的局域网段，一般都需要使用电话线路。

2）根据是运行在上还是作为外的一个单独的物理设备可将网桥分为内桥和外桥。内桥又称为内部网桥，安装在文件中，作为文件的一部分来运行。实际上内桥是在内插入多块网卡，每个网卡与一个子网相连，由网络管理。内桥安装方便，组网灵活，但使用时网桥软件会占用文件的资源，从而导致性能下降。

外桥又称为外部网桥，是作为一个独立设备的桥，即通过或工作站内的专用硬件和固化软件来实现网络间的互连。外桥的优点是从一个网络转发到另一个网络的数据包全由硬件来完成，速度比内桥更快，并且不会影响文件的性能。但是外桥作为一台专门的外部设备来使用，需要增加额外的投资。

3）根据其路径选择方法可将网桥分为IEEE 802委员会制定的两种网桥类型：透明网桥（Transparent Bridge）和源路由网桥（Source Routing Bridge）。透明网桥类似于一个黑盒子，其存在和操作对网络完全是透明的。透明网桥的主要优点是易于安装，在使用时不用做任何配置就能正常工作。透明网桥与现有的IEEE 802产品完全兼容，能连接不同、不同传输速率的以太网，是当今应用最为广泛的一种网桥。但是，透明网桥由各网桥自己来决定路由选择，网络上的各节点不负责路由选择，因而不能获得最佳的路径。

源路由网桥要求网络各节点都参与路由选择，详细的路由信息放在数据帧的首部，网络上的每个节点在发送数据帧时都已经清楚地知道发往各个目的节点的路由。从理论上讲，源路由网桥能够选择最佳的数据传输路径，但是实际实现起来并不容易。

3、网关

网关是让两个不同类型的网络能够互相通信的硬件或软件。在中，网关工作在的4～7层，即传输层到应用层。网关是实现应用系统级网络互连的设备。Internet是由无数相互独立的网络连接在一起构成的，大多数接入Internet的网络使用的通信协议都是，可以直接与Internet上的进行通信，这样的网络要连入Internet通过即可办到。但是也有一些网络使用的不是，或者不能运行，这样的网络要连接到Internet上就必须经过某种转换。实现这种转换功能的模块可以是硬件，也可以是软件，统称为网关。因此，网关不仅具有的功能，还要实现异种网之间的协议转换。这就好比人们之间要进行语言交流就必须使用相同的语言，而当语言不同时，就必须有一个翻译来进行两种语言的转换。在Internet中，网关的作用相当于语言交流中的翻译，如图4所示。

图4 网关工作示意

中继器、网桥和都是属于通信子网范畴的网间互连设备，与实际的应用系统无关，而网关在很多情况下是通过软件的方法予以实现的，并且与特定的应用服务一一对应。换句话说，网关总是针对某种特定的应用，通用型网关是根本不存在的。这是因为网关的协议转换总是针对某种特殊的应用协议或者有限的特殊应用，如电子邮件、文件传输和登录等。

网关的主要功能是完成传输层以上的协议转换，一般有传输网关和应用程序网关两种。传输网关是在传输层连接两个网络的网关，应用程序网关是在应用层连接两部分应用程序的网关。网关既可以是一个专用设备，也可以用计算机作为硬件平台，由软件实现其功能。

目前，网关技术已成为网络用户使用大型资源的通用和经济的工具。例如，在一台上安装网关软件，通过专用接口卡和通信线路与大型连接，其他网络用户可以使用仿真软件成为的终端并通过该网关访问大型，共享大型的资源（如交换文件、打印报表和处理数据等）。

4、路由器

（1）路由器的功能和基本工作原理

工作在OSI参考模型的网络层，属于网络层的一种互连设备。一般说来，异种网络互连与多个子网互连都是采用路由器来完成的，如图5所示。全球最大的Internet就是使用路由器加专线技术将分布在各个国家的几千万个计算机网络互连在一起的。

图5 路由器工作示意

所谓“路由”，是指将数据包从一个网络送到另一个网络的设备上的路径信息。路由的完成离不开两个最基本的步骤：第一个步骤是选择合适的路径，第二个步骤是数据包转发。

的主要工作就是为经过的每个数据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点，因此选择最佳路径的策略，即路由是的关键所在。为了路由选择这项工作，在中保存着各种传输路径的相关数据——路由表（Routing Table），供路由选择时使用。路由表是选择路径的基础，表中保存着子网的标志信息、网上的个数以及下一个的地址等内容。

路由表一般分为以下两种。

① 静态路由表（Static Routing Table），由系统管理员事先设置好固定的传输路径，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定好，不会随未来网络结构的变化而改变。

② 动态路由表（Dynamic Routing Table），根据网络系统的运行情况自动调整。根据路由选择协议（Routing Protocol）提供的功能自动学习和记忆网络的运行情况，在需要时自动计算的最佳路径。

的另一个重要功能是完成对数据包的传送，即数据转发。网络上各类信息的传送都是以数据包为单位进行的，数据包中除了包括要传送的数据信息外，还包括要传送信息的目的IP地址（网络层地址）。当一个收到一个数据包时，将根据数据包中的目的IP地址查找路由表，根据查找的结果将此数据包送往对应端口。下一个收到此数据包后继续转发，直至到达目的地。通常情况下，为每一个网络都建立一张路由表是不现实的，为了简化路由表，一般还要在网络上设置一个默认。一旦在路由表中找不到目的IP地址对应的，就将该数据包交给网络的默认来完成下一级的路由选择。

路由器还可充当数据包的过滤器，将来自其他网络的不需要的数据包阻挡在网络之外，从而减少网络之间的通信量，提高网络的利用率。

路由器的工作原理可以通过下面的例子来说明。

工作站A向工作站B传送信息，需要通过多个路由器接力传递，路由器的分布如图6所示。

图6 工作站A、B之间的路由器的分布

路由器的工作原理如下。

1）工作站A将工作站B的地址连同数据信息以数据包的形式发送给路由器1。

2）路由器1收到工作站A的数据包以后，先从报头中取出工作站B的地址，并根据路由表计算出发往工作站B的最佳路径R1→R2→R5→B，并将该数据包发往路由器2。

3）路由器2重复路由器1的工作，并将数据包转发给路由器5。

4）路由器5同样取出工作站B的地址，发现工作站B就在该路由器连接的网络上，于是将该数据包直接交给工作站B。

5）工作站A将数据包逐级转发给目的工作站B，一次通信过程宣告结束。

（2）路由器的主要品牌

路由器是局域网与Internet连接或远程局域网之间互连的关键产品，随着网络互连需求的不断增加，用户对路由器的需求量也随之大幅度增长。在国内路由器市场上，Cisco（思科）公司一直是市场的领导者，在高端路由器市场上处于绝对领导地位，Nortel、Juniper等国外一些著名的路由器厂商也不断涌入中国市场。在中、低端市场，国产路由器在近年来也迅速崛起，华为、水星、迅捷、D-LINK、飞鱼星等已占据了一定市场份额，而一些知名的IT企业如方正、明基、清华、神州数码等也纷纷加入了路由器市场，从而形成了群雄逐鹿的局面。下面，简单介绍常见路由器品牌的技术性能与特点。

1）Cisco 1800系列路由器。Cisco的路由器有多种系列，Cisco 1800系列路由器是Cisco公司为中小型网络接入Internet量身定做的，是中小企业和小型分支机构的理想选择。这是因为Cisco 1800系列除了有一个固定的广域网端口和一个固定以太网端口之外，还支持一个广域网接口卡，允许用户根据需要添加或改变广域网端口，使用非常灵活而且又保护了用户原有的投资。Cisco 1800系列路由器包括6种：Cisco 1801、Cisco 1802、Cisco 1803、Cisco 1811、Cisco 1812和Cisco 1841。其中，前5种路由器都是使用固定配置，Cisco 1841则是使用模块化配置。所有型号均带有可选的Cisco IOS防火墙特性集。值得一提的是，Cisco 1800系列路由器能够借助多种先进的安全服务和管理功能支持思科自防御网络，这其中包括硬件加密加速、IPSec VPN（AES、3DES、DES）、防火墙保护、内部入侵防御系统（Intrusion Prevention System，IPS）、网络准入控制（Network Admission Control，NAC）和URL过滤支持等。为简化管理和配置，Cisco 1800预装有基于Web的直观思科路由器和安全设备管理器（Security Device Manager，SDM）。

除1800系列外，Cisco还有1900系列、2800系列等多种接入路由器型号可供选择。

2）华为 AR1200 系列路由器。华为自进入数据通信领域以来，已经推出了全系列的路由器产品。AR1200系列路由器是面向中小企业的产品，接口丰富、灵活，报文处理能力强，配置维护简单。AR1200系列包含以下几款设备：AR1220、AR1220V、AR1220W、AR1220VW、AR1220L、AR1220-D。AR1200支持路由、交换、语音、安全、WLAN等多种融合业务，能不断满足企业业务多元化的需求。同时其支持丰富的接入和上行接口，能适配多种终端，实现企业灵活接入。该系列路由器支持路由、交换、语音、安全、WLAN等多种融合业务，采用多核CPU和无阻塞交换架构，产品性能业界领先，充分满足企业及分支机构网络未来多元化扩展及不断增长的业务需求。此外，该产品在满足低成本、高品质的同时，以客户为中心，通过OSP与第三方IT系统集成和对接，AR1200为企业客户实现统一通信的业务体验，使客户、代理商、第三方和厂家都可以是开发者和使用者，真正实现业务价值链的共赢。返回搜狐，查看更多