A. 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
B. 路由器是做什么用的
我国的网民据统计快破8亿人了，这个规模实在是不小。在移动互联网兴起之前，也就是PC时代，家庭里面如果有一台电脑的，只需要一根网线、光猫就可以了。也就是使用有线网络。
但随着移动互联网的越来越普及（也可以说是智能手机越来普及的时候），我们对于移动网络的需求也越来越多。而这时候，路由器这一个在网络使用中扮演着重要角色的硬件设备就派上了大用处了。
路由器是一种智能选择数据传输路径的网络设备，其依赖的是数据中的IP地址，功能如下：
1、连接网络。路由器也称为网关，它将局域网络连接起来组成规模更大的广域网络，在连接异构网络时（异构网络就是指不同的网络类型，如ATM网络，FDDI网络，以太网络等），由于异构网络采用不同的数据封装方式，无法直接通信，而路由器能够将这些不同的封装数据进行“翻译”，从而实现异构网络的通信。此外，对于局域网而言，广域网无疑是一个异构网络。
2、路由器还可以隔离广播。由于交换机会将广播发送到整个网络中的每个端口，这会严重影响网络的传输效率，并且会大量占用计算机的CPU性能。路由器可以将这些广播隔离在局域网内，以达到分隔广播域的作用，从而提高每个局域网的传输效率。
3、作为整个局域网络与外界联络的唯一出口，路由器还担负着保护内部用户和数据的责任。
现在市面上出现了很多智能路由器，连接网络和使用起来都要比早期的路由器要好非常多。例如我现在在使用的360品牌的智能路由器，简单两步就可以安装完成，搭配智能APP，在手机上随时都可以控制自己家里的路由器，内置无线信号放大功能，网速相对稳定，还能防止蹭网，个人觉得已经是路由器里面的前卫产品了。
综上所述，路由器是现在每户家庭都需要必备的网络设备。
C. 请问大家什么是 异构网络呢
异构网络
更多图片(11张)
异构网络(Heterogeneous Network）是一种类型的网络，其是由不同制造商生产的计算机，网络设备和系统组成的，大部分情况下运行在不同的协议上支持不同的功能或应用。
关于异构网络的研究最早追溯到1995的美国加州大学伯克利分校发起的BARWAN（Bay Area Research Wireless Access Network）项目，该项目负责人R.H. Katz在文献中首次将相互重叠的不同类型网络融合起来以构成异构网络，从而满足未来终端的业务多样性需求。为了可以同时接入到多个网络，移动终端应当具备可以接入多个网络的接口，这种移动终端被称为多模终端。由于多模终端可以接入到多个网络中，因此肯定会涉及到不同网络之间的切换，与同构网络（Homogeneous Wireless Networks）中的水平切换（Horizontal Handoff, HHO）不同，这里称不同通信系统之间的切换为垂直切换（Vertical Handoff，VHO）。在此后的十几年中，异构网络在无线通信领域引起了普遍的关注，也成为下一代无线网络的发展方向。很多组织和研究机构都对异构网络进行了深入广泛的研究，如3GPP、MIH、ETSI、Lucent实验室、Ericsson研究所、美国的Georgia理工大学和芬兰的Oulu大学等。
下一代无线网络将是无线个域网(如Bluetooth)、无线局域网(如Wi-Fi)、无线城域网(如WiMAX)、公众移动通信网(如2G、3G)以及Ad Hoc网络等多种接入网共存的异构无线网络。
中文名：异构网络
外文名：Heterogeneous Wireless Networks
简写：HWNs
分享
介绍
互联网可以由多个异构网络互联组成。用来连接异构网络的设备是路由器。
所谓异构是指两个或以上的无线通信系统采用了不同的接入技术，或者是采用相同的无线接入技术但属于不同的无线运营商。利用现有的多种无线通信系统，通过系统间融合的方式，使多系统之间取长补短是满足未来移动通信业务需求一种有效手段，能够综合发挥各自的优势。由于现有的各种无线接入系统在很多区域内都是重叠覆盖的，所以可以将这些相互重叠的不同类型的无线接入系统智能地结合在一起，利用多模终端智能化的接入手段，使多种不同类型的网络共同为用户提供随时随地的无线接入，从而构成了如图1所示的异构无线网络。
D. 不同的异构网络通过路由器互联，那如果我不用路由器 而用中继器互联呢，会有什么影响
1、首先，要明白中继器的作用，中继器的作用仅仅是对信号进行放大，增加中继距离，用在扩展局域网的覆盖范围，属于物理层的设备，或者说仅仅是增加了电缆的长度。因此它不能起到分组交换的作用。就像一条马路，没有十字路口，修得再长，也只能一条道走到黑。
2、在OSI体系结构中，路由器属于三层设备路由器具有分组交换的作用，可以实现分组的存贮转发和路由选择功能，相当于在网络上增加了交换节点，像十字路口的交警，可以指挥疏导交通流量。
3、因此中继器工作在物理层，仅有中继器是无法实现异构网络的互联的。
E. 实现异构网络的互联互通用相同网络好还是中间设备好
登录
首页
学习
实践
活动
工具
TVP
越陌度阡
677 篇文章
关注
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，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. 路由协议运行；
C. 路由计算以及路由表的更新和维护。
F. 计算机网络（三）——网络层
网络层的 目的 是实现在任意结点间进行数据报传输，它的目的与链路层、物理层不是一样的吗？但是通过它数据可以在更大的网络中传输。
为了能使数据更好地在更大的网络中传输，网络层主要实现三个功能： 异构网络互联 、 路由与转发 和 拥塞控制 。
我们知道，在物理层、链路层，可以使用不同的传输介质和拓扑结构将几台、十几台主机连接在一起形成一个小型的局域网，把这些组成结构不完全相同的局域网称为异构网，因此将它们连接扩大成更大的网络，需要一个类似转接头的设备——路由器，路由器不仅仅可以连接异构网，还能隔离冲突域和广播域，依照IP地址转发。
下图对集线器、网桥、交换机和路由器能否隔离冲突域和广播域进行比较：
路由器作为连接多个网络的结点，不仅需要完成对数据的分组转发，还要选择传输路径，因此路由器主要由 路由选择 和 分组转发 组成。
网络层最重要的功能是 路由与转发 功能。路由也就是选择一条合适的路，转发则是在这条路上遵守协议。这有点像从某个多个国家的交界城市自驾，选其中一条路，那么就遵守这个国家的交通协议。
数据通过一个又一个路由器到达目的地址，路由器怎么知道数据应该从哪个端口出发才能到达目的地呢？这就需要构造路由表。
路由表有两种构造方式： 静态 和 动态 。
一个个小网络可以构成一个区域，足够多的区域互连成一个网络，多个网络又形成巨大的互联网。要想让数据高效在网络中传输，采用“分而治之”的理念。
将互联网分为许多较小的自治系统，系统有权决定自己内部采用什么路由协议，这便是层次路由。通过层次路由便可以采用灵活的协议传输数据。数据在自治系统内传输采用 内部网关协议 而自治系统之间则采用 外部网关协议 。
内部网关协议有两种协议： 路由信息协议（RIP） 和 开放最短路径优先协议（OSPF）
外部网关协议则是边界网关协议（BGP）。内部网关协议服务某个自治系统，范围较小，所以尽可能有效地从源站送到目的站，也就是找到一条最佳路径。而外部网关协议需要面对更大的网络范围和网络环境，因此更关注的找到比较好的路径，也就是不能兜圈子。
BGP工作原理：
将三种路由协议进行比较：
构建大规模、异构网络的互联网除了硬件的支持外，还需要建立协议以实现数据报传输服务——IP协议。
目前IP协议有两个版本：IPv4和IPv6。
现在主流的IP协议版本还是IPv4。
IP数据报主要由首部和数据部分组成，由TCP报文段封装到数据部分，再在前端加上一些描述信息的首部，其格式如下图：
IP协议使用分组转发，当报文过大时需要分片。分片的思路如下：
如果把IP数据报看作是信，那么首部中的源地址与目的地址则分别是发信地址和邮件地址。为了方便路由计算这些地址，并且使IP地址足够使用，因此将IP地址进行分类。
IP地址的格式 ： {<网络号>,<主机号>}，网络号标志主机所连接的网络，主机号标志该主机，每个IP地址都是唯一的。
IP地址分类 如下：
通过分类，可以计算每个网络中最大的主机数：
网络地址转换（NAT）是一种转换机制，将专用网络地址转换为公用地址，目的是为了对外隐藏内部管理的IP地址，这样不仅可以保证网络安全，还可以解决IP地址不足问题。
当路由器接收到的目的地址是私有地址则一律不进行转发，而如果是公用地址，则是用NAT转换表将源IP及端口号映射成全球IP号，然后从WAN端口发送到因特网上。
IP地址有A、B、C类网络号，如果把A类网络号分给一个广播域，那么这个广播域可以接入16,777,212台主机，然而一个广播域不可能融入这么多台主机，因为这样会导致广播域过饱和而瘫痪，而只给其分配一定数量的网络号，则会浪费大量的IP地址。因此在IP地址中增加一个“子网号字段”，将IP地址划分为三级，即IP地址={<网络号>,<子网号>,<主机号>}，也就是从主机号中借用几个比特号作为子网号，这个子网号是对内划分的，对外仍旧表现为二级IP地址。
主机或路由器如何判断一个网络是否进行子网划分了呢？——利用子网掩码。
CIDR是 无分类 域间路由器选择，目的是消除A、B、C类网络划分，这样可以大幅度提高IP地址空间利用率。相比较子网掩码划分，它更加灵活。
上图中，如果R1收到前缀为206.1的IP地址，它只需要转发给R2，具体发往网络1还是网络2，则由R2计算得出。
通过IP地址，可以将数据从某个网络传输到目的网络，但是把信息发送给哪台主机呢？由于路由器的隔离，IP网路没办法使用广播方式查找MAC地址，只有通过链路层的MAC地址以广播方式寻址。
因此，IP协议还包括三个协议—— ARP、DHCP和ICMP ，共同配合完成数据转发。
IPv6是解决IP地址耗尽的根本手段。它与IPv4的报文形式差别如下图：
IPv6与IPv4地址通信示意图：
在通信过程中，如果分组过量而导致网路性能下降，会产生拥塞。
拥塞的控制方式：
G. 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。