计算机网络技术是现代信息社会的基石，而网络互连技术则是实现全球范围通信的关键。本章将深入探讨网络互连的核心概念、主要设备以及支撑互联网运行的基础协议。
一、网络互连的基本概念
网络互连是指将多个独立的计算机网络通过特定技术连接起来，形成一个更大范围的网络系统。其目的是实现不同网络之间的资源共享与数据通信。根据互连层次的不同，可分为物理层互连、数据链路层互连、网络层互连以及高层互连。其中，网络层互连（通常通过路由器实现）是构建互联网的核心方式。
二、网络互连的关键设备
- 中继器（Repeater）：工作在物理层，用于放大和再生信号，扩展网络传输距离。
- 网桥（Bridge）：工作在数据链路层，能够连接不同物理介质的局域网，并具有帧过滤功能。
- 路由器（Router）：工作在网络层，是网络互连的核心设备。它根据IP地址进行路由选择，实现不同网络之间的数据转发。
- 网关（Gateway）：工作在网络层以上，用于连接体系结构完全不同的网络，提供协议转换服务。
三、核心协议：TCP/IP协议簇
TCP/IP协议簇是互联网的事实标准，采用四层体系结构：
- 网络接口层：对应OSI的物理层和数据链路层，负责数据帧的发送与接收。
- 网际层：核心协议为IP协议（Internet Protocol），提供无连接的数据报服务，实现主机之间的逻辑通信。配套协议包括：
- ARP协议：将IP地址解析为物理地址
- ICMP协议：用于网络故障诊断与控制
- 传输层：提供端到端的通信服务，主要协议包括：
- TCP协议：面向连接、可靠的字节流服务
- UDP协议：无连接、高效的数据报服务
- 应用层：包含各种应用协议，如HTTP、FTP、DNS、SMTP等。
四、IP协议与路由技术
IP协议是网际层的核心，其关键特性包括：
- 使用IP地址唯一标识网络中的主机
- 采用分组交换技术，数据被封装成IP数据报进行传输
- 提供“尽力而为”的交付服务，不保证可靠性
路由技术是IP网络的核心功能，路由器通过维护路由表，使用路由算法（如RIP、OSPF）确定数据报转发的最佳路径。路由选择过程包括直接交付（同一网络）和间接交付（不同网络）。
五、下一代网络互连技术
随着物联网、5G等技术的发展，网络互连面临新的挑战：
- IPv6协议：解决IPv4地址枯竭问题，提供128位地址空间
- 软件定义网络（SDN）：将控制平面与数据平面分离，提高网络灵活性
- 网络功能虚拟化（NFV）：将网络功能从专用设备迁移到通用服务器
本章网络互连技术通过层次化的设备与标准化的协议，实现了从小型局域网到全球互联网的无缝连接。理解路由器的工作原理、掌握TCP/IP协议簇的体系结构、熟悉IP数据报的转发过程，是学习计算机网络互连技术的关键。随着新技术的不断发展，网络互连将继续向更智能、更灵活、更安全的方向演进。
