第二节 网络互连的类型和层次
每一种网络技术都只能满足特定的一组约束条件。由于网络硬件和物理编址的不兼容性，连接到给定网络的计算机只能与连接到同一网络的其他计算机通信，这就使得每一个网络形成了一个个信息孤岛。尽管其网络技术互不兼容，研究人员仍然设计出了一种支持异构网络并提供全局服务的通信系统方案，称之为网络互连。网络互连既要使用硬件，也要使用软件。附加的硬件系统用于将一组物理网络互连起来，然后在所有相连的计算机中运行附加的软件，即可在任意两台计算机之间进行通信。
学习目标
▶熟悉LAN、MAN、WAN之间互连所依赖的网络协议层次。
关键知识点
▶OSI的层次性参考模型是网络互连的理论基础。
网络互连的类型
网络互连的类型非常之多。按照覆盖范围分类，计算机网络有LAN、MAN和WAN之分，相应地网络互连的类型也有以下几种形式：
▶局域网与局域网的互连（LAN-LAN）。局域网之间的互连可分为同构网的互连和异构网的互连两种类型。同构网的互连是指具有相同的体系结构，使用相同通信协议的局域网之间的互连，采用的设备有中继器、集线器和交换机等。异构网的互连是指采用不同传输介质和体系结构，使用不同通信协议的网络之间的互连，互连设备有网桥和路由器等。
▶局域网与广域网的互连（LAN-WAN）。LAN-WAN是目前常见的网络互连方式之一，通常使用路由器和网关通过ADSL、FR和X.25等广域网接入技术接入Internet。
▶局域网、广域网、局域网的互连（LAN-WAN-LAN）。LAN-WAN-LAN是指把两个局域网通过广域网实现互连。例如，使用路由器和网关通过广域网X.25等实现互连。
▶广域网与广域网的互连（WAN-WAN）。WAN-WAN是指通过路由器和网关实现广域网之间的互连，以便让连入各个广域网的主机实现资源共享。
网络互连的层次
针对网络互连的目的，依据OSI参考模型，网络互连可以在不同的网络分层中实现。由于网络之间存在差异，需要用不同的网络互连部件和设备将各种网络连接起来。根据网络互连设备在OSI参考模型中工作的层次及所支持的协议，通常有3种方法构建互联网，它们分别与OSI参考模型的低三层一一对应。例如，用来扩展局域网长度的中继器（即转发器）工作在物理层，用它互连的两个局域网必须是一模一样的。因此，中继器提供物理层的连接并且只能连接一种特定体系结构的局域网。图1.1所示是一个基于中继器的互联网，其中两个局域网体系结构必须完全一致。
图1.1 基于中继器的互联网
在数据链路层，提供连接的设备是网桥和第2层交换机，这些设备支持不同的物理层，并且能够互连不同体系结构的局域网。图1.2所示是一个基于桥式交换机的互联网，其两端的物理层不同，并且连接不同的体系结构局域网（注：基于MAC的网桥只能连接两个同样体系结构的局域网）。
图1.2 基于桥式交换机的互联网
由于网桥和第2层交换机独立于网络协议，且都与网络层无关，这使得它们可以互连采用不同网络协议（如TCP/IP、IPX）的网络。网桥和第2层交换机根本不关心网络层的信息，它们通过使用硬件地址（而非网络地址）在网络之间转发帧来实现网络的互连。此时，由网桥或第2层交换机连接的两个网络组成一个互联网，故可将这种互联网络视作单个的逻辑网络。
对于在网络层的网络互连，所需的互连设备应能够支持不同的网络协议（如IP、IPX和AppleTalk），并完成协议转换。用于连接异构网络的基本硬件设备是路由器。使用路由器连接的互联网可以具有不同的物理层和数据链路层。图1.3所示是一个基于路由器和第3层交换机的互联网，它工作在网络层，连接使用不同网络协议的网络。
图1.3 基于路由器和第3层交换机的互联网
在一个异构联网环境中，网络层设备还需要具备网络协议转换功能。在网络层提供网络互连的设备主要是路由器。实际上，路由器是一台专门完成网络互连任务的计算机。它可以将多个使用不同技术（包括不同的传输介质、物理编址方案或帧格式）的网络互连起来，利用网络层的信息（如网络地址）将分组从一个网络路由到另一个网络。具体地说，它首先确定到一个目的结点的路径，然后将数据分组转发出去。支持多个网络层协议的路由器称为多协议路由器。因此，如果一个IP网络的数据分组要转发到一个AppleTalk网络，两者之间的多协议路由器必须以适当的形式重建该数据分组，以便AppleTalk网络的结点能够识别该数据分组。由于路由器工作在网络层，如果没有特意配置，它们并不转发广播分组。路由器使用路由协议来确定一条从源结点到特定目的结点的最佳路径。
练习
1.通常局域网互连是在哪个层次上进行的？
2.网络互连为什么要分层讨论？
3.局域网互连与广域网互连本质上有哪些区别？
4.广域网互连需要解决哪些主要问题？
5.网络互连常用的设备有哪些？
补充练习
使用Internet进行调查，研究网络互连的层次以及所使用的技术。