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和资源共享。

4.1.1  网络互连的必要性

（1）ISO/OSI虽然问世多年，在实际运行中依然存在大量非OSI的网络，而且各种现有的特定网络并不一定都采用OSI七层模型。

（2）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。

（3）网络互连可以改善网络性能：

① 提高系统的可靠性

② 改进系统的性能

③ 增加系统保密性

④ 建网方便

⑤ 增加地理覆盖范围

随着商业需求的推动，特别是Internet的深入人心，网络互连技术成为实现如Internet这样的大规模通信和资源共享的关键技术。

4.1.2  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。

（2）提供不同网络间的路由选择和数据传送。

（3）提供各用户使用网络的记录和保持状态信息。

（4）在网络互连时，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 不同的寻址方式

② 不同的最大分组长度

③ 不同的传输速率

④ 不同的时限

⑤ 不同的网络访问机制

⑥ 差错恢复

⑦ 状态报告

⑧ 路由选择技术

⑨ 用户访问控制

⑩ 连接和无连接

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会产生很多问题。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.  基本原理

基本原理是ISO七层协议参考模型。

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4.1所示。

物理层：用于不同地理范围内的网段的互连。通过互连，在不同的通信媒体中传送比特流，要求连接的各网络的数据传输率和链路协议必须相同。

设备：中继器。

工作在物理层的网间设备主要是中继器。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。

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。

设备：桥接器（或桥）。

桥可以将两个或多个网段，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。

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。

设备：路由器。

工作在网络层的网间设备主要是路由器。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。

高层：用于在高层之间进行不同协议的转换，它也为最复杂。

设备：网关。

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。

4.1.3  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。常用设备有中继器和网桥。LAN互连如图4.2所示。

（2）LAN-WAN

用来连接的设备是路由器或网关，具体如图4.3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，具体如图4.4所示。

（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。如图4.5所示。

4.1.4  网络互连的方式

为将各类网络互连为一个网络，需要利用网间连接器或通过互连网实现互连。

1.  利用网间连接器实现网络互连

一个网络的主要组成部分是结点（即通信处理器）和主机，按照互连的级别不同，又可以将这种分类方式分为两类：

① 结点级互连。这种连接方式较适合于具有相同交换方式的网络互连，常用的连接设备有网卡和网桥。

② 主机级互连。这种互连方式主要适用于在不同类型的网络间进行互连的情况。常见的网间连接器如网关。

2.  通过互连网进行网络互连

在两个计算机网络中，为了连接各种类型的主机，需要多个通信处理机构成一个通信子网，然后将主机连接到子网的通信处理设备上。当要在两个网络间进行通信时，源网可将分组发送到互连网上，再由互连网把分组传送给目标网。

3.  两种转换方式的比较

当利用网关把A和B两个网络进行互连时，需要两个协议转换程序，其中之一用于A网协议转换为B网协议；另一程序则进行相反的协议转换。用这种方法来实现互连时，所需协议转换程序的数目与网络数目n的平方成比例，即程序数为n（n-1），但利用互连网来实现网络互连时，所需的协议转换程序数目与网络数目成比例，即程序数为2n。当所需互连的网络数目较多时，后一种方式可明显的减少协议转换程序的数目。

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