局域網（LAN）的網間互連

瀏覽：3803 來源：通信人在線日期：2024-04-11

對于一個局域網（LAN，Local Area Network），大多數情況是網內各端站間的通信，但是，也有網內某端站需與其它LAN（或不同技術的LAN）、或其它IEEE 802網絡上的端站進行通信的情況。此時，就需要網間的互聯互通，對于局域網的網間互通的方法，IEEE 802標準根據局域網的OSI/RM的分層，建立了三種機制：一是通過物理層互連（使用通常稱為中繼器或集線器的設備）；二是通過MAC層互連（使用被稱為橋接器的設備）；三是通過網絡層互連（使用通常稱為路由器的設備）。

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一、中繼器：在物理層互連

中繼器（repeaters）或集線器（hub）工作在局域網OSI/RM的最低層-物理層（PHY），如下圖1-1所示。中繼器的作用是放大通過網絡傳輸的數據信號，用于擴展局域網的服務范圍。由于中繼器工作在物理層，所以它對于高層協議是完全透明的，即無論高層采用什么協議都與中繼器無關。

圖 1-1：中繼器的OSI/RM

最初的IEEE 802標準是針對連接到共享通信媒體的終端站的。這種基本配置被稱為單一訪問域；域由一組端站組成，這樣，在給定的時間內，最多只有一個端站可以發送，其他所有站都充當（潛在的）接收器。在這種情況下，處理“一次一個”訪問仲裁的功能由共享媒體上的一組MAC執行。中繼器是一種設備，用于連接物理通信媒體的各個部分，例如，在超出技術的物理規范時擴展網絡的范圍，同時為附屬站提供單個訪問域。

采用中繼器所連接的網絡，在邏輯功能方面關系上是同一個網絡。在下圖1-2所示的同軸電纜以太網中，兩段電纜其實相當于一段。中繼器僅僅起了擴展距離的作用，但它不能提供隔離功能。中繼器的主要優點是安裝簡單，使用方便，幾乎不需要維護。用于支持星形有線網絡拓撲連接的多個端站的中繼器通常被稱為集線器。集線器也可以看成是一種中繼器。

圖 1-2：中繼器連接示意圖

二、網橋：在MAC層互連

1、概述

網橋（Bridges）的操作在數據鏈路層進行，如下圖2-1-1所示，此時也稱之為橋接。通過網橋設備在MAC層上實現互連是局域網一種重要的互連方式。

圖 2-1-1：網橋的OSI/RM

當一個信息包通過網橋時，網橋檢查它的源地址和目的地址。如果這兩個地址分別屬于不同的網絡，則網橋把該信息包轉發到另一個網絡上，反之則不轉發，所以網橋具有過濾和轉發功能，因此能起到網絡的隔離作用，這樣提高了網絡的整體效率。網橋對高層協議也是透明的。網橋還有一個重要特點；它能連接各種不同傳輸媒體的網絡。

網橋的最簡單形式是互連兩個局域網的兩端口網橋，如下圖2-1-2(a)所示。由于網橋具有隔離作用，所以網絡的運行效率高。當兩個網絡上的節點訪問各自的服務器時，它們同時工作，互不干擾。還有多端口網橋，將多個局域網互連，稱為多路網橋。網橋還可以分近程網橋和遠程網橋。近程網橋直接把網絡的傳輸媒體連入網橋。遠程網橋則通過長途線路連接網絡。兩個局域網通過遠程網橋互連時，每個網絡上都要安裝一個網橋，如下圖2-1-2(b)所示。

圖 2-1-2：網橋連接示意圖

2、橋接式網絡

網橋是連接多個訪問域的站點。IEEE 802.1D標準為局域網間的橋接互通提供了基本規范。橋接式局域網由一個或多個網橋以及它們相互連接的一整套訪問域組成。橋接的局域網為屬于其任何訪問域的端站提供了包含所有附屬端站的網絡的連通性。IEEE 802.1Q標準為IEEE 802.1D標準中的橋接規范增加了額外的功能，包括虛擬局域網（VLAN）、優先級和供應商橋接。橋接式網絡可以提供如下表2-2所述的功能。若要詳細了解IEEE 802.1D標準和IEEE 802.1Q標準具體內容的請查閱下附件2-2-1和附件2-2-2。

表 2-2：橋接式網絡提供的功能

附件 2-2-1：802.1D-2004《IEEE 局域網和城域網標準-媒體訪問控制（MAC）網橋》

附件 2-2-2：802.1Q-2022《IEEE 局域網和城域網標準-網橋和橋接網絡》

3、橋接中繼（relaying）和過濾（filtering）

網橋處理MAC子層中的協議，對LLC子層和更高層的協議在功能上是透明的。MAC幀在訪問域之間轉發，或過濾（即不轉發到某些訪問域），基于MAC幀中包含的尋址和協議信息。下圖2-3顯示了橋接功能在MAC子層中的位置，特別注意的是，中繼和過濾被認為完全屬于MAC子層。

圖 2-3：帶橋接的MAC子層內部組織

4、透明橋接（Transparent bridging）

IEEE 802.1D標準和IEEE 802.1Q標準規定了透明橋接操作，之所以這樣稱呼，是因為MAC橋接功能不要求發送和接收的MAC用戶幀攜帶任何與橋接功能操作有關的附加信息；端站操作不會因網橋的存在而改變。

5、供應商橋接（Provider bridging）

IEEE 802.1Q標準規定了虛擬橋接局域網支持MAC業務的方法；這些網絡的操作原理以及VLAN感知橋接的操作，包括管理、協議和算法。該標準還使服務供應商能夠使用指定的體系結構和協議，以便為許多客戶提供相當于單獨的局域網、橋接局域網或虛擬橋接局域網的服務，同時不需要客戶之間的合作，并且每個客戶與服務供應商之間的合作最少。

6、交換機（switch）

交換機（switch），也稱以太網交換機（Ethernet Switch）。以太網交換機指實質上是支持以太網接口的多端口網橋。交換機通常使用硬件實現過濾、學習和轉發數據幀。交換機必須實現網橋功能中相應功能。

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三、路由器：在網絡層互連

路由器（Router）工作在網絡層，如下圖3-1所示。路由器中存放著一個路由表，根據它決定用戶數據的流向。路由器可以用于連接多個網絡和多種傳輸媒體，適用于復雜和大型的網絡互連。由于路由器工作在網絡層，所以網絡層以下的低層協議不能使用。路由器具有下表3所描述的特點，由于路由器所具有的這些特點，除了用于局部網之間的互連外，也用于實現局部網和廣域網的互連，如下圖3-2所示。

圖 3-1：路由器的OSI/RM

表 3：路由器的特點

圖 3-2：路由器應用示意圖

路由器是作為IEEE 802終端站運行的互連設備。這些處理直接在LLC子層之上運行的網絡層協議，基于網絡層地址進行轉發決策。這種互連的細節不在IEEE 802標準的范圍之內，但是所涉及的各種標準和專有網絡層協議代表了許多IEEE 802網絡上用戶流量的很大一部分。特別是，IEEE 802網絡通常通過路由器進行互連，用于IP及其相關的路由和管理協議，或者直接連接到其他IEEE 802網絡，或者WAN連接。