全面认识桥接、交换和路由等相关知识

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全面认识桥接、交换和路由等相关知识

来源: 作者: 时间:2015-10-02 16:50 【

最近一段时间需要用到桥接的知识,搜了一些关于桥接的知识,来与大家分享,今天我就带大家来了解什么是桥接、交换和路由,并且对于三者之间的区别及应用场景做个详细的介绍
    最近一段时间需要用到桥接的知识,搜了一些关于桥接的知识,拿来与大家分享。在我刚接触网络知识的时候,有时候总是会被一个问题所困扰,那就是桥接、交换和路由之间的区别,相信大部分初学计算机网络知识的网友朋友都会有这样的情况。前几天就遇到了一位网友朋友提出这样的疑问,今天我就带大家来了解什么是桥接、交换和路由,并且对于三者之间的区别及应用场景做个详细的介绍。    
一、什么是桥接
    桥接工作在OSI网络参考模型的第二层数据链路层,是一种以MAC地址来作为判断依据来将网络划分成两个不同物理段的技术,其被广泛应用于早期的计算机网络当中。
    我们都知道,以太网是一种共享网络传输介质的技术,在这种技术下,如果一台计算机发送数据的时候,在同一物理网络介质上的计算机都需要接收,在接收后分析目的MAC地址,如果是属于目的MAC地址和自己的MAC地址相同便进行封装提供给网络层,如果目的MAC地址不是自己的MAC地址,那么就丢弃数据包。
    桥接的工作机制是将物理网络段(也就是常说的冲突域)进行分隔,根据MAC地址来判断连接两个物理网段的计算机的数据包发送。
   下面,我们举个例子来为各位网友讲解:在下图中的网络结构中,有两台集线器分别连接多台计算机,我们分别将A集线器和B集线器定为A冲突域和B冲突域。在这样的网络环境中,如果计算机A向计算机C发送数据包时,集线器A会将数据包在整个网络中的全部计算机(包括集线器B)发送一遍,而不管这些数据包是不是需要发送到另一台区域B。
我们再将集线器A和集线器B分别连接到网桥的两个端口上,如果计算机A再向计算机C发送数据包时会遇到什么样的情况呢?这时集线器A也是同样会将数据包在全网发送,当到达网桥后,网桥会进行数据包目的MAC地址的分析,然后对比自己学习到的MAC地址表,如果这个表中没有此MAC地址,网桥便会在两个网段上的发送数据包,同时会将计算机A的MAC地址记录在自己的表当中。
    经过多次这样的记录,网桥会将所有的MAC地址记录,并划分为两个段。这时计算机A再次发送数据包给B的时候,因为这两台计算机同处在一个物理段位上,数据包到达网桥时,网桥会将目的MAC地址和自己的表进行对比,并且判断计算机A和计算机B在同一个段位上,便不会转发到区域B当中,而如果不在同一个物理段当中,网桥便会允许数据包通过网桥。
    通过以上的例子我们了解到,网桥实际上是一种控制冲突域流量的设备。网桥现在基本上已经很少用到了,除了隔离冲突域以外,网桥还可以实现不同O类型网络的连接(令牌环网和以太网之间的连接)和网络的扩展(IEEE的5.4.3连接规则)等等功能。

   二、什么是交换
    交换同样工作在OSI网络参考模型的第二层数据链路层,也是一种以MAC地址来作为判断依据来将网络划分成两个不同段的技术,不同的是交换将物理网段划分到每一个端口当中,简单的理解就是一种多端口的网桥,它实际上是一种桥接技术的延伸。
    在前面的了解当中,我们已经知道桥接是连接两个不同的物理网段(冲突域)的技术,交换是连接多个物理网段技术,典型的交换机通常都有多个端口,每个端口实际上就是一个网桥,当连接到交换机端口的计算机要发送数据包时,所有的端口都会判断这个数据包是否是发给自己的,如果不是就将其丢弃,这样就将冲突域的概念扩展到每个交换机端口上。
    我们还是举例为大家说明,在下面的图中,我们可以看到计算机A、B分别连接到交换机的不同端口当中,当计算机A向B发送数据包时,假设这时A端口并没有学习到B端口的MAC地址,这时,A端口便会使用广播将数据包发送到除A端口以外的所有端口(广播域),当其他计算机接收到数据包后会与自己的MAC地址进行对比,然后简单的丢弃数据包;当B接收到数据包后,通过对比后接收数据包,并且记录源地址。通过反复这样的学习,交换机会构建一个基于所有端口的转发数据库,存储在交换机的内容可寻址存储器当中(CAM)。
在交换机学习到所有端口的信息后,计算机A再次发送数据包给B时,就不再广播地址,而是直接发送到转发数据库中所对应的B端口。通过这样的学习,在交换机上实现了微分段,每个连接到交换机端口的计算机都可以独享带宽。
    三、什么是路由
    路由工作在OSI参考模型的第三层网络层当中,它是基于第三层的IP地址信息来作为判断依据来将网络划分成不同段(IP子网)的技术,与桥接和交换不同,路由划分的是独立的逻辑网段,每个所连接的网段都具有独立的网络IP地址信息,而不是以MAC地址作为判断路径的依据,这样路由便有隔离广播的能力;而交换和桥接是划分物理网段,它们仅仅是将物理传输介质进行分段处理。同时路由具备路径选择的功能,会根据不同的目的IP地址来分析到达目的地最合适的路径。
    在下图中,我们看到路由器所连接了三台交换机,这三台交换机分别被划分为三个不同的子网地址段:192.168.0.0、192.168.1.0、192.168.3.0。当计算机A向B发送数据包时,在不知道到达B的路径时,交换机A会将数据包在自己所在的段上全网广播,当到达路由器中,路由器便不会再广播这个数据包,它根据路由协议的规则来判断到达B应该选择将其转发到那个段上,这时便会将数据包转发到对应的IP地址段当中,而不广播到不需要这个数据包的C网段当中。如果路由器中没有规则定义到达目的IP地址的路径时,它会直接丢弃这个数据包。
路由器主要有路径选择和数据转发两个基本功能,但在很多场景下,路由器一般都承担着网关的角色。在国内,我们通常都是采用PPPOE拨号或者静态路由两种方式实现局域网共享上网。这时,路由器主要的功能是实现局域网和广域网之间的协议转换,这同样也是网关的主要用途。
    四、三者之间的区别
    1、位于参考模型的层数不同
    在开放系统互联参考模型当中,网桥和交换机都是位于参考模型的第二层-数据链路层,而路由器则位于更高一层-网络层。
    2、基于的路径判断条件不同
    由于位于OSI参考模型的层数不同,所以使交换机、网关这两种设备判断路径的条件也不相同,网桥和交换机是根据端口的MAC地址来判断数据包转发,而路由器则使用IP地址来进行判断。
    3、控制广播的能力不同
    网桥和交换机(三层交换机或支持VLAN功能的除外)这两种设备是无法控制网络的广播,如果有广播数据包,就会向所有的端口转发,所以在大的网络环境当中,必须得要有路由器来控制网络广播。
    4、智能化程度不同
    在判断数据的时候,网桥只能判断是否在同一个物理网段,交换机则可以判断数据包是属于那个端口,但是这两种设备都没有选择最优路径的能力,而路由器基于IP地址判断路径,所以会根据IP地址信息来判断到达目的地的最优路径。
    五、三者的不同应用场景及未来发展
    在现实的应用环境当中,网桥已经基本上不会被使用了,在中小型的局域网当中,最常用到的组网设备便是交换机,是否选择路由器会根据网络的规模和功能来决定,在大型网络中,路由器是必须的,用来控制广播,但是由于技术的不断延伸,交换机也被集成了基于IP地址判断路径及控制广播的功能,所以,路由器现在逐步在被可路由式交换机所取代。
    前面提到,路由器在很多场景下都是被用过网关,所以,随着宽带技术的迅速发展,在最末一公里,一种新兴的设备-宽带路由器将会逐步取代传统路由器来实现网络的接入功能。
    相信通过上面的介绍,大家对于网桥、交换、路由及网关的功能有了更清
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