第六章 网络互连与互联网（一）：网络互连设备

一、网络互连设备

（1）组成因特网的各个网络叫做子网，用于连接子网的设备叫作中间系统 ( IS )， 它的主要作用是协调各个网络的工作，使得跨网络的通信得以实现。

（2）网络互连设备的作用是连接不同的网络。

（3）网络互连设备可以根据它们工作的协议层进行分 ：

• 中继器 （Repeater）工作于物理层；
• 网桥（Bridge）和交换机 （Switch） 工作于数据链路层；
• 路由器 （Router）工作于网络层；
• 网关（Gateway）工作于网络层以上的协议层。

1.中继器

（1）中继器连接两个网段可以延长信号的传输距离。

（2）中继器的功能：对接收信号进行再生和发送。中继器不解释也不改变接收到的数字信息，它只是从接收信号中分离出数字数据，存储起来，然后重新构造它并转发出去。再生的信号与接收信号完全相同，并可以沿着另外的网段传输到远端。

（3）中继器的概念和工作原理如图所示：

（4）理论上说，可以用中继器把网络延长到任意长的传输距离，然而很多网络上都限制了在一对工作站之间加入中继器的数目。例如，在以太网中限制最多使用4个中继器，即最多由5个网段组成。

（5）中继器工作于物理层，只是起到扩展传输距离的作用，对高层协议是透明的 。实际上，通过中继器连接起来的网络相当于同一条电缆组成的更大的网络。

（6）中继器也能把不同传输介质的网络连在一起，多用在数据链路层以上相同的局域网的互连中。

（7）集线器的工作原理基本上与中继器相同。简单地说，集线器就是一个多端口中继器 ，它把一个端口上收到的数据广播发送到其他所有端口上。

2.网桥

（1）网桥也用于连接两个局域网段，但它工作于数据链路层。

（2）网桥要分析帧地址字段，以决定是否把收到的帧转发到另一个网段上。

（3）网桥的概念模型和工作原理如图所示：

• 网桥检查帧的目标地址和源地址不在同一个段上，就把帧转发到另一个网段上;
• 若两个地址在同一个网段上，则不转发，所以网桥能起到过滤帧的作用。

（4）网桥可用于运行相同高层协议的设备间的通信，采用不同高层协议的网络不能通过网桥互相通信。

（5）网桥也能连接不同传输介质的网络。例如可实现同轴电缆以太网与双绞线以太网之间的互连，或是以太网与令牌环网之间的互连。

（6）网桥工作于 MAC 子层，只要两个网络 MAC 子层以上的协议相同，都可以用网桥互连。

（7）以太网中广泛使用的交换机是一种多端口网桥，每一个端口都可以连接一个局域网。

3.路由器

（1）路由器的概念模型和工作原理如下图所示：

（2）路由器工作于网络层，通常把网络层地址叫作逻辑地址，把数据链路层地址叫作物理地址。逻辑地址也叫软件地址，用于网络层寻址。

（3）路由器根据网络逻辑地址在互连的子网之间传递分组。一个子网可能对应于一个物理网段，也可能对应于几个物理网段。

（4）通过路由器连接的子网在网络层之上必须执行相同的协议。

（5）路由器工作于网络层，它处理的信息量比网桥要多，因此处理速度比网桥慢。但路由器的互连能力更强，可以执行复杂的路由选择算法。

4.网关

（1）连接网络层之上执行不同协议的子网，组成异构型的因特网。

（2）网关能对互不兼容的高层协议进行转换。

（3）路由器的概念模型和工作原理如下图所示：

（4）网关可以做成单独的箱级产品，也可以做成电路板并配合网关软件用于增强已有的设备，使其具有协议转换的功能。

（5）用网关因特网络时效率比较低，而且透明性不好，往往用于针对某种特殊用途的专用连接。