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全面認(rèn)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，今天小編就帶大家來了解什么是橋接、交換和路由，并且對于三者之間的區(qū)別及應(yīng)用場景做個詳細(xì)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(shù)據(jù)鏈路層，是一種以MAC地址來作為判斷依據(jù)來將網(wǎng)絡(luò)劃分成兩個不同物理段的技術(shù)，其被廣泛應(yīng)用于早期的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)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(jì)算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的時候，在同一物理網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)上的計(jì)算機(jī)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(shù)據(jù)包。
橋接的工作機(jī)制是將物理網(wǎng)絡(luò)段(也就是常說的沖突域)進(jìn)行分隔，根據(jù)MAC地址來判斷連接兩個物理網(wǎng)段的計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)包發(fā)送。
下面，我們舉個例子來為各位網(wǎng)友講解：在下圖中的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，有兩臺集線器分別連接多臺計(jì)算機(jī)，我們分別將A集線器和B集線器定為A沖突域和B沖突域。在這樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，如果計(jì)算機(jī)A向計(jì)算機(jī)C發(fā)送數(shù)據(jù)包時，集線器A會將數(shù)據(jù)包在整個網(wǎng)絡(luò)中的全部計(jì)算機(jī)(包括集線器B)發(fā)送一遍，而不管這些數(shù)據(jù)包是不是需要發(fā)送到另一臺區(qū)域B。
我們再將集線器A和集線器B分別連接到網(wǎng)橋的兩個端口上，如果計(jì)算機(jī)A再向計(jì)算機(jī)C發(fā)送數(shù)據(jù)包時會遇到什么樣的情況呢?這時集線器A也是同樣會將數(shù)據(jù)包在全網(wǎng)發(fā)送，當(dāng)?shù)竭_(dá)網(wǎng)橋后，網(wǎng)橋會進(jìn)行數(shù)據(jù)包目的MAC地址的分析，然后對比自己學(xué)習(xí)到的MAC地址表，如果這個表中沒有此MAC地址，網(wǎng)橋便會在兩個網(wǎng)段上的發(fā)送數(shù)據(jù)包，同時會將計(jì)算機(jī)A的MAC地址記錄在自己的表當(dāng)中。
經(jīng)過多次這樣的記錄，網(wǎng)橋會將所有的MAC地址記錄，并劃分為兩個段。這時計(jì)算機(jī)A再次發(fā)送數(shù)據(jù)包給B的時候，因?yàn)檫@兩臺計(jì)算機(jī)同處在一個物理段位上，數(shù)據(jù)包到達(dá)網(wǎng)橋時，網(wǎng)橋會將目的MAC地址和自己的表進(jìn)行對比，并且判斷計(jì)算機(jī)A和計(jì)算機(jī)B在同一個段位上，便不會轉(zhuǎn)發(fā)到區(qū)域B當(dāng)中，而如果不在同一個物理段當(dāng)中，網(wǎng)橋便會允許數(shù)據(jù)包通過網(wǎng)橋。
通過以上的例子我們了解到，網(wǎng)橋?qū)嶋H上是一種控制沖突域流量的設(shè)備。網(wǎng)橋現(xiàn)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(xiàn)不同O類型網(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(kuò)展(IEEE的5.4.3連接規(guī)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(shù)據(jù)鏈路層，也是一種以MAC地址來作為判斷依據(jù)來將網(wǎng)絡(luò)劃分成兩個不同段的技術(shù)，不同的是交換將物理網(wǎng)段劃分到每一個端口當(dāng)中，簡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(dāng)中，我們已經(jīng)知道橋接是連接兩個不同的物理網(wǎng)段(沖突域)的技術(shù)，交換是連接多個物理網(wǎng)段技術(shù)，典型的交換機(jī)通常都有多個端口，每個端口實(shí)際上就是一個網(wǎng)橋，當(dāng)連接到交換機(jī)端口的計(jì)算機(jī)要發(fā)送數(shù)據(jù)包時，所有的端口都會判斷這個數(shù)據(jù)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(kuò)展到每個交換機(jī)端口上。
我們還是舉例為大家說明，在下面的圖中，我們可以看到計(jì)算機(jī)A、B分別連接到交換機(jī)的不同端口當(dāng)中，當(dāng)計(jì)算機(jī)A向B發(fā)送數(shù)據(jù)包時，假設(shè)這時A端口并沒有學(xué)習(xí)到B端口的MAC地址，這時，A端口便會使用廣播將數(shù)據(jù)包發(fā)送到除A端口以外的所有端口(廣播域)，當(dāng)其他計(jì)算機(jī)接收到數(shù)據(jù)包后會與自己的MAC地址進(jìn)行對比，然后簡單的丟棄數(shù)據(jù)包;當(dāng)B接收到數(shù)據(jù)包后，通過對比后接收數(shù)據(jù)包，并且記錄源地址。通過反復(fù)這樣的學(xué)習(xí)，交換機(jī)會構(gòu)建一個基于所有端口的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫，存儲在交換機(jī)的內(nèi)容可尋址存儲器當(dāng)中(CAM)。
在交換機(jī)學(xué)習(xí)到所有端口的信息后，計(jì)算機(jī)A再次發(fā)送數(shù)據(jù)包給B時，就不再廣播地址，而是直接發(fā)送到轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)庫中所對應(yīng)的B端口。通過這樣的學(xué)習(xí)，在交換機(jī)上實(shí)現(xiàn)了微分段，每個連接到交換機(jī)端口的計(jì)算機(jī)都可以獨(dú)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(dāng)中，它是基于第三層的IP地址信息來作為判斷依據(jù)來將網(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(dú)立的邏輯網(wǎng)段，每個所連接的網(wǎng)段都具有獨(dú)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(jù)，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。同時路由具備路徑選擇的功能，會根據(jù)不同的目的IP地址來分析到達(dá)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(jī)，這三臺交換機(jī)分別被劃分為三個不同的子網(wǎng)地址段：192.168.0.0、192.168.1.0、192.168.3.0。當(dāng)計(jì)算機(jī)A向B發(fā)送數(shù)據(jù)包時，在不知道到達(dá)B的路徑時，交換機(jī)A會將數(shù)據(jù)包在自己所在的段上全網(wǎng)廣播，當(dāng)?shù)竭_(dá)路由器中，路由器便不會再廣播這個數(shù)據(jù)包，它根據(jù)路由協(xié)議的規(guī)則來判斷到達(dá)B應(yīng)該選擇將其轉(zhuǎn)發(fā)到那個段上，這時便會將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到對應(yīng)的IP地址段當(dāng)中，而不廣播到不需要這個數(shù)據(jù)包的C網(wǎng)段當(dāng)中。如果路由器中沒有規(guī)則定義到達(dá)目的IP地址的路徑時，它會直接丟棄這個數(shù)據(jù)包。
路由器主要有路徑選擇和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)兩個基本功能，但在很多場景下，路由器一般都承擔(dān)著網(wǎng)關(guān)的角色。在國內(nèi)，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(xiàn)局域網(wǎng)共享上網(wǎng)。這時，路由器主要的功能是實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的協(xié)議轉(zhuǎn)換，這同樣也是網(wǎng)關(guān)的主要用途。
四、三者之間的區(qū)別
1、位于參考模型的層數(shù)不同
在開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型當(dāng)中，網(wǎng)橋和交換機(jī)都是位于參考模型的第二層-數(shù)據(jù)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(shù)不同，所以使交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)這兩種設(shè)備判斷路徑的條件也不相同，網(wǎng)橋和交換機(jī)是根據(jù)端口的MAC地址來判斷數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)，而路由器則使用IP地址來進(jìn)行判斷。
3、控制廣播的能力不同
網(wǎng)橋和交換機(jī)(三層交換機(jī)或支持VLAN功能的除外)這兩種設(shè)備是無法控制網(wǎng)絡(luò)的廣播，如果有廣播數(shù)據(jù)包，就會向所有的端口轉(zhuǎn)發(fā)，所以在大的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境當(dāng)中，必須得要有路由器來控制網(wǎng)絡(luò)廣播。
4、智能化程度不同
在判斷數(shù)據(jù)的時候，網(wǎng)橋只能判斷是否在同一個物理網(wǎng)段，交換機(jī)則可以判斷數(shù)據(jù)包是屬于那個端口，但是這兩種設(shè)備都沒有選擇最優(yōu)路徑的能力，而路由器基于IP地址判斷路徑，所以會根據(jù)IP地址信息來判斷到達(dá)目的地的最優(yōu)路徑。
五、三者的不同應(yīng)用場景及未來發(fā)展
在現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用環(huán)境當(dāng)中，網(wǎng)橋已經(jīng)基本上不會被使用了，在中小型的局域網(wǎng)當(dāng)中，最常用到的組網(wǎng)設(shè)備便是交換機(jī)，是否選擇路由器會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和功能來決定，在大型網(wǎng)絡(luò)中，路由器是必須的，用來控制廣播，但是由于技術(shù)的不斷延伸，交換機(jī)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(xiàn)在逐步在被可路由式交換機(jī)所取代。
前面提到，路由器在很多場景下都是被用過網(wǎng)關(guān)，所以，隨著寬帶技術(shù)的迅速發(fā)展，在最末一公里，一種新興的設(shè)備-寬帶路由器將會逐步取代傳統(tǒng)路由器來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的接入功能。
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