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title: CH14. 網路連結
tags: 區域網路與高速網路
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## 區域網路與高速網路
### CH14. 網路連結
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### 簡介
當網路要和其他網路互相溝通，要連結多個網路形成一個更快速、更便宜,以及更容易創造的環境。

|架構|備註|範例圖|
|---|---|---|
|直接連結|多個網路直接連結|<center><img src="https://i.imgur.com/3my6d0o.png" width="70%"/></center> |
|與廣域網路連結|區網和廣域網路連結</br>成為廣域網路的一部分|<center><img src="https://i.imgur.com/iI1ZlLR.png" width="70%"/></center>|
|透過廣域網路連結|區網透過廣域網路互相連線|<center><img src="https://i.imgur.com/l9UmlnS.png" width="70%"/></center>|
|連結成階層式架構|「階層式」(Hierarchical) 的網路架構</br>廣域網路->大都會網路->區域網路|<center><img src="https://i.imgur.com/cXXn2kH.png" width="70%"/></center>|

#### 設備分類

|連結設備|連接方式|說明|實體層|鏈結層|網路層|其他上層|
|---|---|---|---|---|---|---|
|訊號增益器|連結的二個相同網路|擴展網路實際規模|same|same|same|same|
|集線器|相同媒介擷取層通訊協定|將收到的訊框無條件的轉送到其他埠上|same|same|same|same|
|橋接器|連結媒介擷取層通訊協定</br>(通訊協議可不相同)|根據訊框第二層位址（MAC address） 進行訊框轉送的工作|both|both|same|same|
|第二層交換器|相同媒介擷取層通訊協定|連結媒介擷取層通訊協定|both|same|same|same|
|路徑器|相同網路層通訊協定|封包轉送|both|both|same|same|
|第三層交換器|相同網路層通訊協定|網路層網址（如IP）進行封包交換|both|both|same|same|
|網路閘門|連結特性完全不相同網路||both|both|both|both|

#### 設備引響網路架構
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#### 訊號增益器
主要功能是
1. 將完全相同的網路段(Network Segments)連結起來成為較大網路
2. 通訊協定也要相同才可以將不同網段連接起來, 包括使用相同的 MAC 通訊協定 (如 CSMA/CD)。
3. 位址不可相同(因為訊號增益器連結來的是相同的網路)。
- 限制：網路會有要求回應時間確保網路品質，Repeater不可無限延伸(10BASE5 Ethernet 要求最末點連線 51.2 us 限制)。
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#### 橋接器
- 功能：
- 實體層的網路(可相同或不相同)連結起來,使不同網路可以透過橋接器通訊。
- 訊框過濾功能(Filtering)：以位址來決定訊框是否轉送到另外一個或多個網路上，橋接器需要二片或多片網路介面卡。
- 連接網路：
- STA主動修改
- 網路有共同的 LLC 通訊協定及上層通訊協定。
- 橋接器有能力解決不同MAC 通訊協定間的訊框格式及其他種種差異。
- 優點：
- 製作簡單，修改架構便要傳到橋接器，使用及維護不便。
- 橋接控制：
- 位址學習(Address Learning)：橋接網路不可有相同的MAC 位址,網路管理工作站、橋接器收集訊框學習。
- 優點：橋接器主動收集資料，當連線變動透過傳送訊框時完成動態修正。
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#### 第二層交換器 (Layer-2 Switches)
- 第二層交換器是以交換的方式（switching）處理訊框，橋接器則較屬於轉送的方式。
- 捷徑交換方式（cut-through switching）：
只等訊框的位址欄位到齊就可進行，不必等訊框全部收完。以交換硬體平台 (switching fabric)　，用訊框 MAC 位址得知輸出埠便將訊框以交換的方式轉送。
<img src="https://i.imgur.com/Maqlwh3.png" width="60%"/>

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#### 路徑器
路徑器連結的網路，
鏈結層及實體層可使用不同的通訊協定，但是網路層的通訊協定（如 IP,IPX）及更高層的通訊協定 (如TCP, UDP) 也要相同。
- 路徑表(Routing table)： 用來解決選擇路徑問題, 記錄著路徑的進出對照資訊。每個路由器紀錄和自己有關的路徑有關即可。
- 固定路徑表 (Fixed Routing Table)
- 路徑表是由網路分析之後建立。固定之後便不再變動, 除非網路結構所有異動。
- 動態路徑表 (Dynamic Routing Table)
- 使用動態路徑選擇演算法(Dynamic routing algorithms) 依網路的最新狀況建造路徑表。內容可隨著網路的狀況而動態變更。
- 優點：動態路徑表使用很彈性，能有效反應。可因路徑或負載可動態變更路徑。
- 缺點：必須隨時收集網路的資料，要時常交換網路狀況資料。
- 路徑通訊協定(Routing Protocols)：
- 第一代的 RIP (Routing Information Protocol)：
每 30 秒須同步一次，路徑表較大需要分多個封包傳遞，且 30 秒並不短。
- 第二代的路徑通訊協定 OSPF (Open Shortest Path First)：
有網路變動立即通知相鄰的路由器。
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#### 第三層交換器
- 功能：與路徑器的功能相似，但路由通常以軟體方式做路徑選擇面對高速網路便會失效（主要問題在於查詢路徑表速度過慢與轉送封包過慢）。
- 目的：分擔路徑器大部分的傳輸負擔
- 根據封包中的第三層網址(IP 網址)進行封包交換。(等到封包的第三層網址欄位到齊就可進行傳送)

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<img src="https://i.imgur.com/uzS3xu4.png" width="45%"/>

- 方法
- 轉送部分
- 每一個連接埠(port)都是一個子網路(Subnet)
- 子網路就是單獨 Broadcast Domain廣播域，每一個port的廣播是獨立的不會流竄到其他port
- 每一個port其僅負責傳送要跨越子網路的封包(Routing Forward)，以目的地的IP位址來轉送至目標port
- Routing Protocol
- 以Routing Protocol(如RIP或OSPF)來交換 Routing Table並學習網路拓蹼
- 存放於
1. Layer 3 Switch的Routing Forward Data-Base(FDB)，
2. 硬體及Route Cache 的方式來加速IP table lookup

並予以定址與更新(目前大多以ASICIC來執行)，以提昇運算效能達成Wiring Speed Forward之目的。
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#### 網路閘門(Gateway)
- 主要功能：通訊協定轉換的工作(訊框格式轉換、位址轉換、通訊協定轉換)</br>通訊協定轉換困難度最大, 要將兩組不同的通訊協定互相轉換必須花費極高的代價。所以現存的設備是以路徑器及第三層交換器為主。
<img src="https://i.imgur.com/xjg0gmc.png" width="80%"/>

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#### 連結網路
除了上方的方法，另外一種形成連結網路是由「骨幹網路」(Backbone network)。
骨幹網路本身就必須具備有高速傳送的能力以及傳送較長距離的特性。因此骨幹網路大都採用光纖線路或微波線路。
- 骨幹網路架構具有下列優點:
1. 有較好的處理效率
因為每一個網路皆可以獨立運作,有平行運作的特性。
3. 有較高的可靠度
各個網路的故障或損壞不會影響到其他網路的運作,即使骨幹網路出問題,各個網路仍然可以獨立運作。
5. 有較佳的交通量控制
連結骨幹網路和各個網路的設備 (如橋接器、路徑器,交換器等)具有過濾訊框或封包的功能, 可以避免不必要的轉送動作,減少交通流量。