1.3 网络互联

随着网络应用的不断普及，各个单位根据应用需要均建立起了自己的内部网络，如何让这些单位内部的网络、单位之间的网络甚至城市与城市之间、国家与国家之间的网络资源共享，实现大范围连接，于是产生了网络互联的技术，并迅速发展壮大，甚至出现连接范围覆盖全世界的互联网络。

1.3.1 网络互联概念

网络互联是将分布在不同地理位置、相同或不同类型的计算机网络通过选择合适的技术和设备连接形成的能进行数据高速通信，实现资源（包括硬件、数据和软件）充分共享和任务分布处理的一个更大型网络，如图1-16所示。

也就是说，它是将两个以上的计算机网络，通过一定的方法，用一种或多种通信处理设备相互连接起来以构成更大范围的网络系统。为了数据分组在不同的网络之间实现源到目标有效的传输，网络互联技术需要提供多方面的功能和服务。

首先，需要规定传输数据单元的类型和格式，这种协议数据单元称为分组（packet），和其他网络的协议数据单元类似，分组是网络互联协议功能的集中体现，其中包括实现网络互联所必需的控制信息，如收发双方的网络地址等。

其次，需要了解通信子网的拓扑结构，从而才能进行最佳路径的选择，最佳路径选择又被称为路由（Routing）。

另外，在选择路径时还要注意既不使某些路径或通信线路处于超负载状态，也不能让另一些路径或通信线路处于空闲状态，即所谓的拥塞控制和负载平衡。

最后，当源主机和目标主机的网络不属于同一种类型时，网络层还要协调好不同网络间的差异，即需要解决异构网络数据传输的问题。

根据OSI网络分层的定义，网络互联的功能与服务主要在网络层实现，网络层为上层传输层提供分组传输服务，同时做到服务与通信子网技术无关，即通信子网的数量、拓扑结构及类型对于传输层是透明的。传输层所获得的地址均采用统一的方式，以使其跨越不同的局域网和广域网。

1.3.2 网络互联的层次

网络互联技术将源主机发出的分组经由各种网络路径最终到达目的主机，其中向下使用了数据链路层所提供的相邻结点之间的数据传输服务，向上为传输层提供了从源到目标的数据传输服务。

为网络互联定义的网络层是处理端到端（end to end）数据传输的最低层，同时又是通信子网的最高层。资源子网中的主机具备了OSI模型中所有层的功能，但通信子网中的主机因为只涉及通信问题而只拥有OSI模型的下三层，所以网络层被看成通信子网与资源子网的接口，即通信子网的边界。

一般局域网间互联处在传输层以下，大多采用中继器和桥。网桥工作在数据链路层，透明网桥用于同种类型的LAN的互联，改变封装的网桥有能力改变每种通信协议所规定的数据包的封装。交换式集线器工作在数据链路层，有些具有路由功能的三层交换机工作在网络层，它们除普通集线器的功能外，还能以高的数据传输速率实现不同类型的局域网互联。

广域网间的互联主要是扩大数据通信网的连通范围，由于协议差异很大，一般采用路由器，工作在网络层，并且可以利用公共传输系统联网。

在广域网内，这些结点交换机和它们之间的链路一般由电信部门提供，网络由多个部门或多个国家联合组建而成，并且网络的规模很大，能实现整个网络范围内的资源共享。另外，从体系结构上看，局域网与广域网的差别也很大，局域网的体系结构其主要层次有物理层和数据链路层两层，而广域网目前主要采用TCP/IP体系结构，所以它的主要层次是主机网络层、互联层、传输层和应用层，其中网络层的路由选择问题是广域网首先要解决的问题。

1.3.3 网络互联的分类

根据互相连接网络之间的类型，可分为同类型网络相连和异类型网络相连。

根据互相连接网络之间的距离远近，可分为局域网间互联（LAN- LAN）、局域与广域网相连（LAN-WAN N）和广域网间互联（WAN-WAN）。

根据通信传输方式，网络层提供给传输层的服务可分为面向连接和面向无连接两种形式。简单地说，面向连接就是指在数据传输之前双方需要为此建立一种连接，然后在该连接上实现有次序的分组传输，直到数据传送完毕，连接才被释放。面向无连接则不需要为数据传输事先建立连接，其只提供简单的源和目标之间的数据发送与接收功能。

面向连接的服务通常采用虚电路（virtual circuit，VC）方式实现。虚电路是指通信子网为实现面向连接服务而在源与目标之间所建立的逻辑通信链路。虚电路服务的实现涉及三个阶段，即虚电路建立、数据传输和虚电路拆除。

1.3.4 网络互联解决方案

面向连接的网络服务（虚电路）和无连接的网络服务（数据报）是网络互联技术中两种不同的实现方式和技术发展方向。

虚电路服务的思路来源于传统的电信网，电信网将其用户终端（电话机）做得非常简单，而电信网负责保证可靠通信的一切措施，因此电信网的结点交换机复杂而昂贵。

数据报服务力求使网络在恶劣的环境下仍可工作，对网络的控制功能分散，因而只能要求提供尽可能优秀的服务，这种网络要求使用较复杂且有相当处理能力的计算机作为用户终端，可靠通信由用户终端中的软件（即TCP）来保证。

OSI网络七层定义中的网络层倾向于面向连接的网络服务，而TCP/IP网络结构中的网络层（IP层）则采用无连接的网络服务。

面向连接的解决方案

一经建立连接就要赋予虚电路号，它反映信息的传输通道，这样在传输信息报文分组时，就不必再注明源站和目的站的全部地址，相应地缩短了信息量，因此采用虚电路服务必须有连接建立、数据传输和连接释放这三个阶段。

优点是采用这种方案不会发生报文丢失或重复的情况，虚电路服务在双方进行通信之前，必须首先由源站发出一个请求的报文分组（在该报文分组中有源站和目的站的全部地址），请求与目的站建立连接，当目的站接受这个请求后，也发出一个报文分组作为应答，这样双方才建立起数据通路，然后互传信息，当双方通信完成之后，再拆除这个建立好的连接。

面向非连接的解决方案

无连接的数据报服务的特点是当某一主机想要发送数据时，随时可以发送，每个报文分组独立地选择路由，这样做的好处是报文分组所经过的结点交换机不需要事先为该报文分组保留一些资源，而是对分组进行传输时动态地分配给资源。由于每个报文分组走不同的路径，所以数据报服务不能保证先发送出去的报文分组先到达目的主机。也就是说这种数据报服务的报文分组不能按序交给目的主机，因此目的站必须对收到的报文分组进行缓冲，并且重新组装成报文再传送给目的主机。

面向连接与面向非连接的解决方案比较

关于网络层应当采用虚电路服务还是数据报服务，网络研究领域一直在进行争论，争论焦点围绕要不要提供网络端到端的可靠服务。按形成的共识来看，OSI在网络层采用虚电路服务，Internet在网络层采用数据报服务。Internet能发展到今天的规模，充分说明了在网络层提供数据报服务是非常成功的。

计算机网络的迅速发展使得计算机的网络化、集成化水平得以迅速提高。越来越多的局域网之间或局域网与计算机之间要求相互连接，以实现更广泛的数据通信、资源共享，并进一步连接入国际互联网。新一代计算机网络正向着满足高速、大容量、综合性、数字信息传递等多方位需求的方向发展。