1.3 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷普及，各個單位根據(jù)應(yīng)用需要均建立起了自己的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，如何讓這些單位內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)、單位之間的網(wǎng)絡(luò)甚至城市與城市之間、國家與國家之間的網(wǎng)絡(luò)資源共享，實現(xiàn)大范圍連接，于是產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的技術(shù)，并迅速發(fā)展壯大，甚至出現(xiàn)連接范圍覆蓋全世界的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。

1.3.1 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)概念

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是將分布在不同地理位置、相同或不同類型的計算機網(wǎng)絡(luò)通過選擇合適的技術(shù)和設(shè)備連接形成的能進行數(shù)據(jù)高速通信，實現(xiàn)資源（包括硬件、數(shù)據(jù)和軟件）充分共享和任務(wù)分布處理的一個更大型網(wǎng)絡(luò)，如圖1-16所示。

也就是說，它是將兩個以上的計算機網(wǎng)絡(luò)，通過一定的方法，用一種或多種通信處理設(shè)備相互連接起來以構(gòu)成更大范圍的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。為了數(shù)據(jù)分組在不同的網(wǎng)絡(luò)之間實現(xiàn)源到目標(biāo)有效的傳輸，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)需要提供多方面的功能和服務(wù)。

首先，需要規(guī)定傳輸數(shù)據(jù)單元的類型和格式，這種協(xié)議數(shù)據(jù)單元稱為分組（packet），和其他網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議數(shù)據(jù)單元類似，分組是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議功能的集中體現(xiàn)，其中包括實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)所必需的控制信息，如收發(fā)雙方的網(wǎng)絡(luò)地址等。

其次，需要了解通信子網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)，從而才能進行最佳路徑的選擇，最佳路徑選擇又被稱為路由（Routing）。

另外，在選擇路徑時還要注意既不使某些路徑或通信線路處于超負載狀態(tài)，也不能讓另一些路徑或通信線路處于空閑狀態(tài)，即所謂的擁塞控制和負載平衡。

最后，當(dāng)源主機和目標(biāo)主機的網(wǎng)絡(luò)不屬于同一種類型時，網(wǎng)絡(luò)層還要協(xié)調(diào)好不同網(wǎng)絡(luò)間的差異，即需要解決異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯栴}。

根據(jù)OSI網(wǎng)絡(luò)分層的定義，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的功能與服務(wù)主要在網(wǎng)絡(luò)層實現(xiàn)，網(wǎng)絡(luò)層為上層傳輸層提供分組傳輸服務(wù)，同時做到服務(wù)與通信子網(wǎng)技術(shù)無關(guān)，即通信子網(wǎng)的數(shù)量、拓撲結(jié)構(gòu)及類型對于傳輸層是透明的。傳輸層所獲得的地址均采用統(tǒng)一的方式，以使其跨越不同的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。

1.3.2 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的層次

網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)將源主機發(fā)出的分組經(jīng)由各種網(wǎng)絡(luò)路徑最終到達目的主機，其中向下使用了數(shù)據(jù)鏈路層所提供的相鄰結(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，向上為傳輸層提供了從源到目標(biāo)的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)定義的網(wǎng)絡(luò)層是處理端到端（end to end）數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畹蛯樱瑫r又是通信子網(wǎng)的最高層。資源子網(wǎng)中的主機具備了OSI模型中所有層的功能，但通信子網(wǎng)中的主機因為只涉及通信問題而只擁有OSI模型的下三層，所以網(wǎng)絡(luò)層被看成通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)的接口，即通信子網(wǎng)的邊界。

一般局域網(wǎng)間互聯(lián)處在傳輸層以下，大多采用中繼器和橋。網(wǎng)橋工作在數(shù)據(jù)鏈路層，透明網(wǎng)橋用于同種類型的LAN的互聯(lián)，改變封裝的網(wǎng)橋有能力改變每種通信協(xié)議所規(guī)定的數(shù)據(jù)包的封裝。交換式集線器工作在數(shù)據(jù)鏈路層，有些具有路由功能的三層交換機工作在網(wǎng)絡(luò)層，它們除普通集線器的功能外，還能以高的數(shù)據(jù)傳輸速率實現(xiàn)不同類型的局域網(wǎng)互聯(lián)。

廣域網(wǎng)間的互聯(lián)主要是擴大數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的連通范圍，由于協(xié)議差異很大，一般采用路由器，工作在網(wǎng)絡(luò)層，并且可以利用公共傳輸系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

在廣域網(wǎng)內(nèi)，這些結(jié)點交換機和它們之間的鏈路一般由電信部門提供，網(wǎng)絡(luò)由多個部門或多個國家聯(lián)合組建而成，并且網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模很大，能實現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)的資源共享。另外，從體系結(jié)構(gòu)上看，局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的差別也很大，局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)其主要層次有物理層和數(shù)據(jù)鏈路層兩層，而廣域網(wǎng)目前主要采用TCP/IP體系結(jié)構(gòu)，所以它的主要層次是主機網(wǎng)絡(luò)層、互聯(lián)層、傳輸層和應(yīng)用層，其中網(wǎng)絡(luò)層的路由選擇問題是廣域網(wǎng)首先要解決的問題。

1.3.3 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的分類

根據(jù)互相連接網(wǎng)絡(luò)之間的類型，可分為同類型網(wǎng)絡(luò)相連和異類型網(wǎng)絡(luò)相連。

根據(jù)互相連接網(wǎng)絡(luò)之間的距離遠近，可分為局域網(wǎng)間互聯(lián)（LAN- LAN）、局域與廣域網(wǎng)相連（LAN-WAN N）和廣域網(wǎng)間互聯(lián)（WAN-WAN）。

根據(jù)通信傳輸方式，網(wǎng)絡(luò)層提供給傳輸層的服務(wù)可分為面向連接和面向無連接兩種形式。簡單地說，面向連接就是指在數(shù)據(jù)傳輸之前雙方需要為此建立一種連接，然后在該連接上實現(xiàn)有次序的分組傳輸，直到數(shù)據(jù)傳送完畢，連接才被釋放。面向無連接則不需要為數(shù)據(jù)傳輸事先建立連接，其只提供簡單的源和目標(biāo)之間的數(shù)據(jù)發(fā)送與接收功能。

面向連接的服務(wù)通常采用虛電路（virtual circuit，VC）方式實現(xiàn)。虛電路是指通信子網(wǎng)為實現(xiàn)面向連接服務(wù)而在源與目標(biāo)之間所建立的邏輯通信鏈路。虛電路服務(wù)的實現(xiàn)涉及三個階段，即虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路拆除。

1.3.4 網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)解決方案

面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（虛電路）和無連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（數(shù)據(jù)報）是網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)中兩種不同的實現(xiàn)方式和技術(shù)發(fā)展方向。

虛電路服務(wù)的思路來源于傳統(tǒng)的電信網(wǎng)，電信網(wǎng)將其用戶終端（電話機）做得非常簡單，而電信網(wǎng)負責(zé)保證可靠通信的一切措施，因此電信網(wǎng)的結(jié)點交換機復(fù)雜而昂貴。

數(shù)據(jù)報服務(wù)力求使網(wǎng)絡(luò)在惡劣的環(huán)境下仍可工作，對網(wǎng)絡(luò)的控制功能分散，因而只能要求提供盡可能優(yōu)秀的服務(wù)，這種網(wǎng)絡(luò)要求使用較復(fù)雜且有相當(dāng)處理能力的計算機作為用戶終端，可靠通信由用戶終端中的軟件（即TCP）來保證。

OSI網(wǎng)絡(luò)七層定義中的網(wǎng)絡(luò)層傾向于面向連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，而TCP/IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)層（IP層）則采用無連接的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

面向連接的解決方案

一經(jīng)建立連接就要賦予虛電路號，它反映信息的傳輸通道，這樣在傳輸信息報文分組時，就不必再注明源站和目的站的全部地址，相應(yīng)地縮短了信息量，因此采用虛電路服務(wù)必須有連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放這三個階段。

優(yōu)點是采用這種方案不會發(fā)生報文丟失或重復(fù)的情況，虛電路服務(wù)在雙方進行通信之前，必須首先由源站發(fā)出一個請求的報文分組（在該報文分組中有源站和目的站的全部地址），請求與目的站建立連接，當(dāng)目的站接受這個請求后，也發(fā)出一個報文分組作為應(yīng)答，這樣雙方才建立起數(shù)據(jù)通路，然后互傳信息，當(dāng)雙方通信完成之后，再拆除這個建立好的連接。

面向非連接的解決方案

無連接的數(shù)據(jù)報服務(wù)的特點是當(dāng)某一主機想要發(fā)送數(shù)據(jù)時，隨時可以發(fā)送，每個報文分組獨立地選擇路由，這樣做的好處是報文分組所經(jīng)過的結(jié)點交換機不需要事先為該報文分組保留一些資源，而是對分組進行傳輸時動態(tài)地分配給資源。由于每個報文分組走不同的路徑，所以數(shù)據(jù)報服務(wù)不能保證先發(fā)送出去的報文分組先到達目的主機。也就是說這種數(shù)據(jù)報服務(wù)的報文分組不能按序交給目的主機，因此目的站必須對收到的報文分組進行緩沖，并且重新組裝成報文再傳送給目的主機。

面向連接與面向非連接的解決方案比較

關(guān)于網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)當(dāng)采用虛電路服務(wù)還是數(shù)據(jù)報服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)研究領(lǐng)域一直在進行爭論，爭論焦點圍繞要不要提供網(wǎng)絡(luò)端到端的可靠服務(wù)。按形成的共識來看，OSI在網(wǎng)絡(luò)層采用虛電路服務(wù)，Internet在網(wǎng)絡(luò)層采用數(shù)據(jù)報服務(wù)。Internet能發(fā)展到今天的規(guī)模，充分說明了在網(wǎng)絡(luò)層提供數(shù)據(jù)報服務(wù)是非常成功的。

計算機網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展使得計算機的網(wǎng)絡(luò)化、集成化水平得以迅速提高。越來越多的局域網(wǎng)之間或局域網(wǎng)與計算機之間要求相互連接，以實現(xiàn)更廣泛的數(shù)據(jù)通信、資源共享，并進一步連接入國際互聯(lián)網(wǎng)。新一代計算機網(wǎng)絡(luò)正向著滿足高速、大容量、綜合性、數(shù)字信息傳遞等多方位需求的方向發(fā)展。