虚拟互联网

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虚拟互联网

网络互联的设备

中间设备又称为中间系统或中继（relay）系统。

• 物理层中继系统：转发器（repeater），可以理解为接线器（Hub）；
• 数据链路层中继系统：网桥或桥接器（bridge）；
• 网络层中继系统：路由器（router）；
• 网络层以上的中继系统：网关（gateway）；网关就是到其他网段路由器接口的地址。

网络互联设备：路由器

• 当中继系统是转发器或网桥时，一般并不称之为网络互连，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络；
• 网关由于比较复杂，目前使用得较少；
• 互联网都是指用路由器进行互连的网络；
• 由于历史的原因，许多有关 TCP/IP 的文献将网络层使用的路由器称为网关。

上图中，三台计算机想要访问互联网等其他网段必须经过网关Router1；但可以访问本网段。同时也可以为计算机设置多个网关，如图所示。

如图，PC2通过网关Router1访问互联网；也可以通过网关Router4访问互联网。

总结：网关就像一道门，计算机的数据想要出去必须通过这道门；一台计算机可对应多个门。

某个网段的网关一般设置在连接该网段的路由器上，是路由器的一个端口地址；该网段的计算机通过网关（地址）找到该路由器并通过该路由器访问网络

梳理一下PC1上网的过程，上网的实质就是同网段或不同网段内双方的通信。当需要访问的互联网与计算机在同一网段内，可以不经路由器中转直接通信，比如PC1可以不经路由器直接访问PC0；否则需要经过路由器中转才能访问其他网段的互联网，比如PC1想要访问其他网段的Cloud0 。

而判断通信双方是否在同一网段根据的是网关。某网段的网关一般设置在连接该网段的路由器上，是路由器上一个端口的IP地址，该地址属于路由器连接的网段。如图中PC1的IP地址为192.0.1.5与路由器的网关192.0.1.1同属网段192.0.1；其他的网段也是相同的原理，于是可以通过之前提到过的子网掩码求与运算比较连接各网段的路由器上的网关是否在同一网段。

所以，图中PC1需要访问Cloud0时，首先通过网关判断出了通信双方处于不同网段，随后PC1把数据报通过网关这个地址发送给Router0，路由器Router0通过查询内部路径表寻找传输的最佳路径，当中转到路由器Router1时，Router1发现数据报中的目标IP地址与自己的网关同属一个网段，最后将数据报传输给该网段下的Cloud0完成通信。这就是访问网络的过程。

互联网的问题

互联在一起的网络要进行通信，会遇到许多问题需要解决，如：

• 不同的寻址方案；
• 不同的最大分组长度；
• 不同的网络接入机制；
• 不同的超时控制；
• 不同的差错恢复方法；
• 不同的状态报告方法；
• 不同的路由选择技术；
• 不同的用户接入控制；
• 不同的服务（面向连接服务和无连接服务）；
• 不同的管理与控制方式 ；

分组在互联网中的传送

这里我们只考虑，各设备的网络层如何在各设备中中转从而到达目的地址。

互联网络与虚拟互联网络

• 互联网络：里面充满了各种网络设备，有着不同的技术。
• 虚拟互联网络：计算机访问互联网中其他计算机的时候，不用考虑网络中的其他设备，整个Internet相当于一个大的网络是虚拟的，它屏蔽了网络的复杂性，比如网络中每一个服务器都有IP地址，计算机直接访问该IP地址就行了。这就是虚拟互联网络，我们只需要知道访问的IP地址就可以了，不需要关心网络内部如何连线。

虚拟互连网络的意义

• 所谓虚拟互连网络也就是逻辑互连网络，它的意思就是互连起来的各种物理网络的异构性本来是客观存在的，但是我们利用 IP 协议就可以使这些性能各异的网络从用户看起来好像是一个统一的网络。
• 使用 IP 协议的虚拟互连网络可简称为 IP 网。
• 使用虚拟互连网络的好处是：当互联网上的主机进行通信时，就好像在一个网络上通信一样，而看不见互连的各具体的网络异构细节。

IP协议简介

网际协议 IP 是 TCP/IP 体系中两个最主要的协议之一。与 IP 协议配套使用的还有四个协议：（网络层使用的只有这四个协议）

• 地址解析协议 ARP
  (Address Resolution Protocol)
• 逆地址解析协议 RARP
  (Reverse Address Resolution Protocol)
• 网际控制报文协议 ICMP
  (Internet Control Message Protocol)
• 网际组管理协议 IGMP
  (Internet Group Management Protocol)

网络层4个协议之间的层次

图中可见，网络层中的四个协议中，ARP协议较为底层，IP协议依赖于ARP协议。ICMP协议依赖于IP协议；IGMP协议依赖于ICMP协议。

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