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全面認識橋接交換及路由
前幾天就遇到了一位網(wǎng)友朋友提出這樣的疑問(wèn)，今天小編就帶大家來(lái)了解什么是橋接、交換和路由，并且對于三者之間的區別及應用場(chǎng)景做個(gè)詳細的介紹。
一、什么是橋接
橋接工作在OSI網(wǎng)絡(luò )參考模型的第二層數據鏈路層，是一種以MAC地址來(lái)作為判斷依據來(lái)將網(wǎng)絡(luò )劃分成兩個(gè)不同物理段的技術(shù)，其被廣泛應用于早期的計算機網(wǎng)絡(luò )當中。
我們都知道，以太網(wǎng)是一種共享網(wǎng)絡(luò )傳輸介質(zhì)的技術(shù),在這種技術(shù)下，如果一臺計算機發(fā)送數據的時(shí)候，在同一物理網(wǎng)絡(luò )介質(zhì)上的計算機都需要接收，在接收后分析目的MAC地址，如果是屬于目的MAC地址和自己的MAC地址相同便進(jìn)行封裝提供給網(wǎng)絡(luò )層，如果目的MAC地址不是自己的MAC地址，那么就丟棄數據包。
橋接的工作機制是將物理網(wǎng)絡(luò )段(也就是常說(shuō)的沖突域)進(jìn)行分隔，根據MAC地址來(lái)判斷連接兩個(gè)物理網(wǎng)段的計算機的數據包發(fā)送。
下面，我們舉個(gè)例子來(lái)為各位網(wǎng)友講解：在下圖中的網(wǎng)絡(luò )結構中，有兩臺集線(xiàn)器分別連接多臺計算機，我們分別將A集線(xiàn)器和B集線(xiàn)器定為A沖突域和B沖突域。在這樣的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，如果計算機A向計算機C發(fā)送數據包時(shí)，集線(xiàn)器A會(huì )將數據包在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中的全部計算機(包括集線(xiàn)器B)發(fā)送一遍，而不管這些數據包是不是需要發(fā)送到另一臺區域B。
我們再將集線(xiàn)器A和集線(xiàn)器B分別連接到網(wǎng)橋的兩個(gè)端口上，如果計算機A再向計算機C發(fā)送數據包時(shí)會(huì )遇到什么樣的情況呢?這時(shí)集線(xiàn)器A也是同樣會(huì )將數據包在全網(wǎng)發(fā)送，當到達網(wǎng)橋后，網(wǎng)橋會(huì )進(jìn)行數據包目的MAC地址的分析，然后對比自己學(xué)習到的MAC地址表，如果這個(gè)表中沒(méi)有此MAC地址，網(wǎng)橋便會(huì )在兩個(gè)網(wǎng)段上的發(fā)送數據包，同時(shí)會(huì )將計算機A的MAC地址記錄在自己的表當中。
經(jīng)過(guò)多次這樣的記錄，網(wǎng)橋會(huì )將所有的MAC地址記錄，并劃分為兩個(gè)段。這時(shí)計算機A再次發(fā)送數據包給B的時(shí)候，因為這兩臺計算機同處在一個(gè)物理段位上，數據包到達網(wǎng)橋時(shí)，網(wǎng)橋會(huì )將目的MAC地址和自己的表進(jìn)行對比，并且判斷計算機A和計算機B在同一個(gè)段位上，便不會(huì )轉發(fā)到區域B當中，而如果不在同一個(gè)物理段當中，網(wǎng)橋便會(huì )允許數據包通過(guò)網(wǎng)橋。
通過(guò)以上的例子我們了解到，網(wǎng)橋實(shí)際上是一種控制沖突域流量的設備。網(wǎng)橋現在基本上已經(jīng)很少用到了，除了隔離沖突域以外，網(wǎng)橋還可以實(shí)現不同O類(lèi)型網(wǎng)絡(luò )的連接(令牌環(huán)網(wǎng)和以太網(wǎng)之間的連接)和網(wǎng)絡(luò )的擴展(IEEE的5.4.3連接規則)等等功能。
二、什么是交換
交換同樣工作在OSI網(wǎng)絡(luò )參考模型的第二層數據鏈路層，也是一種以MAC地址來(lái)作為判斷依據來(lái)將網(wǎng)絡(luò )劃分成兩個(gè)不同段的技術(shù)，不同的是交換將物理網(wǎng)段劃分到每一個(gè)端口當中，簡(jiǎn)單的理解就是一種多端口的網(wǎng)橋，它實(shí)際上是一種橋接技術(shù)的延伸。
在前面的了解當中，我們已經(jīng)知道橋接是連接兩個(gè)不同的物理網(wǎng)段(沖突域)的技術(shù)，交換是連接多個(gè)物理網(wǎng)段技術(shù)，典型的交換機通常都有多個(gè)端口，每個(gè)端口實(shí)際上就是一個(gè)網(wǎng)橋，當連接到交換機端口的計算機要發(fā)送數據包時(shí)，所有的端口都會(huì )判斷這個(gè)數據包是否是發(fā)給自己的，如果不是就將其丟棄，這樣就將沖突域的概念擴展到每個(gè)交換機端口上。
我們還是舉例為大家說(shuō)明，在下面的圖中，我們可以看到計算機A、B分別連接到交換機的不同端口當中，當計算機A向B發(fā)送數據包時(shí)，假設這時(shí)A端口并沒(méi)有學(xué)習到B端口的MAC地址，這時(shí)，A端口便會(huì )使用廣播將數據包發(fā)送到除A端口以外的所有端口(廣播域)，當其他計算機接收到數據包后會(huì )與自己的MAC地址進(jìn)行對比，然后簡(jiǎn)單的丟棄數據包;當B接收到數據包后，通過(guò)對比后接收數據包，并且記錄源地址。通過(guò)反復這樣的學(xué)習，交換機會(huì )構建一個(gè)基于所有端口的轉發(fā)數據庫，存儲在交換機的內容可尋址存儲器當中(CAM)。
在交換機學(xué)習到所有端口的信息后，計算機A再次發(fā)送數據包給B時(shí)，就不再廣播地址，而是直接發(fā)送到轉發(fā)數據庫中所對應的B端口。通過(guò)這樣的學(xué)習，在交換機上實(shí)現了微分段，每個(gè)連接到交換機端口的計算機都可以獨享帶寬。
三、什么是路由
路由工作在OSI參考模型的第三層網(wǎng)絡(luò )層當中，它是基于第三層的IP地址信息來(lái)作為判斷依據來(lái)將網(wǎng)絡(luò )劃分成不同段(IP子網(wǎng))的技術(shù)，與橋接和交換不同，路由劃分的是獨立的邏輯網(wǎng)段，每個(gè)所連接的網(wǎng)段都具有獨立的網(wǎng)絡(luò )IP地址信息，而不是以MAC地址作為判斷路徑的依據，這樣路由便有隔離廣播的能力;而交換和橋接是劃分物理網(wǎng)段，它們僅僅是將物理傳輸介質(zhì)進(jìn)行分段處理。同時(shí)路由具備路徑選擇的功能，會(huì )根據不同的目的IP地址來(lái)分析到達目的地最合適的路徑。
在下圖中，我們看到路由器所連接了三臺交換機，這三臺交換機分別被劃分為三個(gè)不同的子網(wǎng)地址段：192.168.0.0、192.168.1.0、192.168.3.0。當計算機A向B發(fā)送數據包時(shí)，在不知道到達B的路徑時(shí)，交換機A會(huì )將數據包在自己所在的段上全網(wǎng)廣播，當到達路由器中，路由器便不會(huì )再廣播這個(gè)數據包，它根據路由協(xié)議的規則來(lái)判斷到達B應該選擇將其轉發(fā)到那個(gè)段上，這時(shí)便會(huì )將數據包轉發(fā)到對應的IP地址段當中，而不廣播到不需要這個(gè)數據包的C網(wǎng)段當中。如果路由器中沒(méi)有規則定義到達目的IP地址的路徑時(shí)，它會(huì )直接丟棄這個(gè)數據包。
路由器主要有路徑選擇和數據轉發(fā)兩個(gè)基本功能，但在很多場(chǎng)景下，路由器一般都承擔著(zhù)網(wǎng)關(guān)的角色。在國內，我們通常都是采用PPPOE撥號或者靜態(tài)路由兩種方式實(shí)現局域網(wǎng)共享上網(wǎng)。這時(shí)，路由器主要的功能是實(shí)現局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的協(xié)議轉換，這同樣也是網(wǎng)關(guān)的主要用途。
四、三者之間的區別
1、位于參考模型的層數不同
在開(kāi)放系統互聯(lián)參考模型當中，網(wǎng)橋和交換機都是位于參考模型的第二層-數據鏈路層，而路由器則位于更高一層-網(wǎng)絡(luò )層。
2、基于的路徑判斷條件不同
由于位于OSI參考模型的層數不同，所以使交換機、網(wǎng)關(guān)這兩種設備判斷路徑的條件也不相同，網(wǎng)橋和交換機是根據端口的MAC地址來(lái)判斷數據包轉發(fā)，而路由器則使用IP地址來(lái)進(jìn)行判斷。
3、控制廣播的能力不同
網(wǎng)橋和交換機(三層交換機或支持VLAN功能的除外)這兩種設備是無(wú)法控制網(wǎng)絡(luò )的廣播，如果有廣播數據包，就會(huì )向所有的端口轉發(fā)，所以在大的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境當中，必須得要有路由器來(lái)控制網(wǎng)絡(luò )廣播。
4、智能化程度不同
在判斷數據的時(shí)候，網(wǎng)橋只能判斷是否在同一個(gè)物理網(wǎng)段，交換機則可以判斷數據包是屬于那個(gè)端口，但是這兩種設備都沒(méi)有選擇最優(yōu)路徑的能力，而路由器基于IP地址判斷路徑，所以會(huì )根據IP地址信息來(lái)判斷到達目的地的最優(yōu)路徑。
五、三者的不同應用場(chǎng)景及未來(lái)發(fā)展
在現實(shí)的應用環(huán)境當中，網(wǎng)橋已經(jīng)基本上不會(huì )被使用了，在中小型的局域網(wǎng)當中，最常用到的組網(wǎng)設備便是交換機，是否選擇路由器會(huì )根據網(wǎng)絡(luò )的規模和功能來(lái)決定，在大型網(wǎng)絡(luò )中，路由器是必須的，用來(lái)控制廣播，但是由于技術(shù)的不斷延伸，交換機也被集成了基于IP地址判斷路徑及控制廣播的功能，所以，路由器現在逐步在被可路由式交換機所取代。
前面提到，路由器在很多場(chǎng)景下都是被用過(guò)網(wǎng)關(guān)，所以，隨著(zhù)寬帶技術(shù)的迅速發(fā)展，在最末一公里，一種新興的設備-寬帶路由器將會(huì )逐步取代傳統路由器來(lái)實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的接入功能。
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