全面認識橋接、交換和路由等相關知識

2020-10-24 11:27:59

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供稿：網友

最近一段時間需要用到橋接的知識，搜了一些關于橋接的知識，拿來與大家分享。在我剛接觸網絡知識的時候，有時候總是會被一個問題所困擾，那就是橋接、交換和路由之間的區別，相信大部分初學計算機網絡知識的網友朋友都會有這樣的情況。前幾天就遇到了一位網友朋友提出這樣的疑問，今天我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別及應用場景做個詳細的介紹。
一、什么是橋接
橋接工作在OSI網絡參考模型的第二層數據鏈路層，是一種以MAC地址來作為判斷依據來將網絡劃分成兩個不同物理段的技術，其被廣泛應用于早期的計算機網絡當中。
我們都知道，以太網是一種共享網絡傳輸介質的技術,在這種技術下，如果一臺計算機發送數據的時候，在同一物理網絡介質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地址相同便進行封裝提供給網絡層，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絡段（也就是常說的沖突域）進行分隔，根據MAC地址來判斷連接兩個物理網段的計算機的數據包發送。
下面，我們舉個例子來為各位網友講解：在下圖中的網絡結構中，有兩臺集線器分別連接多臺計算機，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。在這樣的網絡環境中，如果計算機A向計算機C發送數據包時，集線器A會將數據包在整個網絡中的全部計算機（包括集線器B）發送一遍，而不管這些數據包是不是需要發送到另一臺區域B。

我們再將集線器A和集線器B分別連接到網橋的兩個端口上，如果計算機A再向計算機C發送數據包時會遇到什么樣的情況呢？這時集線器A也是同樣會將數據包在全網發送，當到達網橋后，網橋會進行數據包目的MAC地址的分析，然后對比自己學習到的MAC地址表，如果這個表中沒有此MAC地址，網橋便會在兩個網段上的發送數據包，同時會將計算機A的MAC地址記錄在自己的表當中。
經過多次這樣的記錄，網橋會將所有的MAC地址記錄，并劃分為兩個段。這時計算機A再次發送數據包給B的時候，因為這兩臺計算機同處在一個物理段位上，數據包到達網橋時，網橋會將目的MAC地址和自己的表進行對比，并且判斷計算機A和計算機B在同一個段位上，便不會轉發到區域B當中，而如果不在同一個物理段當中，網橋便會允許數據包通過網橋。
通過以上的例子我們了解到，網橋實際上是一種控制沖突域流量的設備。網橋現在基本上已經很少用到了，除了隔離沖突域以外，網橋還可以實現不同O類型網絡的連接（令牌環網和以太網之間的連接）和網絡的擴展（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網絡參考模型的第二層數據鏈路層，也是一種以MAC地址來作為判斷依據來將網絡劃分成兩個不同段的技術，不同的是交換將物理網段劃分到每一個端口當中，簡單的理解就是一種多端口的網橋，它實際上是一種橋接技術的延伸。
在前面的了解當中，我們已經知道橋接是連接兩個不同的物理網段（沖突域）的技術，交換是連接多個物理網段技術，典型的交換機通常都有多個端口，每個端口實際上就是一個網橋，當連接到交換機端口的計算機要發送數據包時，所有的端口都會判斷這個數據包是否是發給自己的，如果不是就將其丟棄，這樣就將沖突域的概念擴展到每個交換機端口上。
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發送數據包時，假設這時A端口并沒有學習到B端口的MAC地址，這時，A端口便會使用廣播將數據包發送到除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與自己的MAC地址進行對比，然后簡單的丟棄數據包；當B接收到數據包后，通過對比后接收數據包，并且記錄源地址。通過反復這樣的學習，交換機會構建一個基于所有端口的轉發數據庫，存儲在交換機的內容可尋址存儲器當中（CAM）。

在交換機學習到所有端口的信息后，計算機A再次發送數據包給B時，就不再廣播地址，而是直接發送到轉發數據庫中所對應的B端口。通過這樣的學習，在交換機上實現了微分段，每個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絡層當中，它是基于第三層的IP地址信息來作為判斷依據來將網絡劃分成不同段（IP子網）的技術，與橋接和交換不同，路由劃分的是獨立的邏輯網段，每個所連接的網段都具有獨立的網絡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段，它們僅僅是將物理傳輸介質進行分段處理。同時路由具備路徑選擇的功能，會根據不同的目的IP地址來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不同的子網地址段：192.168.0.0、192.168.1.0、192.168.3.0。當計算機A向B發送數據包時，在不知道到達B的路徑時，交換機A會將數據包在自己所在的段上全網廣播，當到達路由器中，路由器便不會再廣播這個數據包，它根據路由協議的規則來判斷到達B應該選擇將其轉發到那個段上，這時便會將數據包轉發到對應的IP地址段當中，而不廣播到不需要這個數據包的C網段當中。如果路由器中沒有規則定義到達目的IP地址的路徑時，它會直接丟棄這個數據包。

路由器主要有路徑選擇和數據轉發兩個基本功能，但在很多場景下，路由器一般都承擔著網關的角色。在國內，我們通常都是采用PPPOE撥號或者靜態路由兩種方式實現局域網共享上網。這時，路由器主要的功能是實現局域網和廣域網之間的協議轉換，這同樣也是網關的主要用途。
四、三者之間的區別
1、位于參考模型的層數不同
在開放系統互聯參考模型當中，網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-網絡層。
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、網關這兩種設備判斷路徑的條件也不相同，網橋和交換機是根據端口的MAC地址來判斷數據包轉發，而路由器則使用IP地址來進行判斷。
3、控制廣播的能力不同
網橋和交換機（三層交換機或支持VLAN功能的除外）這兩種設備是無法控制網絡的廣播，如果有廣播數據包，就會向所有的端口轉發，所以在大的網絡環境當中，必須得要有路由器來控制網絡廣播。
4、智能化程度不同
在判斷數據的時候，網橋只能判斷是否在同一個物理網段，交換機則可以判斷數據包是屬于那個端口，但是這兩種設備都沒有選擇最優路徑的能力，而路由器基于IP地址判斷路徑，所以會根據IP地址信息來判斷到達目的地的最優路徑。
五、三者的不同應用場景及未來發展
在現實的應用環境當中，網橋已經基本上不會被使用了，在中小型的局域網當中，最常用到的組網設備便是交換機，是否選擇路由器會根據網絡的規模和功能來決定，在大型網絡中，路由器是必須的，用來控制廣播，但是由于技術的不斷延伸，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，路由器在很多場景下都是被用過網關，所以，隨著寬帶技術的迅速發展，在最末一公里，一種新興的設備-寬帶路由器將會逐步取代傳統路由器來實現網絡的接入功能。
相信通過上面的介紹，大家對于網橋、交換、路由及網關的功能有了更清

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