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  • 集线器网桥交换机的区别(详解干货!!!)

    千次阅读 多人点赞 2020-09-17 09:44:26
     集线器(HUB),它是工作在物理层的设备, 由于它只是工作在物理层的设备,所以它并不关心也不可能关心OSI上面几层所涉及的,它的工作机制流程是:从一个端口接收到数据包时,会在其他端口把这个 包转发一次,因为...

    一.集线器

      集线器(HUB),它是工作在物理层的设备, 由于它只是工作在物理层的设备,所以它并不关心也不可能关心OSI上面几层所涉及的,它的工作机制流程是:从一个端口接收到数据包时,会在其他端口把这个 包转发一次,因为它不知道也不可能知道这个包是发给谁的(物理层设备只关心电压这些物理概念),它也只能对所有人广播(这里和下文提到的 广播该词的意思和ARP请求时的广播有些不同,这里的广播意思是:使用物理层转发设备,如HUB,导致的广播,可以说这个广播是被逼的,因为设备的问题! 是设备转发包引起的广播!而ARP请求的广播是自己要求的,主动的,因为ARP请求包的目标地址IP是255.255.255.255,但ARP请求的广 播涉及IP层的知识,不在这篇文章讨论的范围,所以这里提到的广播,除非特别说明,否则都是第一个意思,也就说是"因设备转发数据包引起的广播" ),让他们自己处理了。

      这样一来会有不少问题,你发的数据其他人都收到了,私隐这总东西是不存在的!别入可以随便监听你信息!所以会话劫持在那个年代相当容易(记得俺第一次接触会话劫持这个概念的时候还是高2,那是2001~2002,呵,那时候集线器还是比较普遍的)。

      另外一个比较严重的问题是,如果一个大型的局域网,比如有500台机器,全部用HUB连接的,后果会怎么样呢??相当慢,网络的效率极差!为什么?如果500台机器都发一个包,那就是说每台机器,都需要接收差不多499个无用包...并且如果是需要回应的话......无用的数据包会充斥着整个的局域网,这就是传说中的广播风暴!

      为了减少广播风暴,网桥产生了(注意这里用的时候“减少”,不是“杜绝”,仅仅是减少!如果仅仅用网桥说能杜绝广播风暴,个人觉得还是不太准确,后来交换机的出现才可以说是完全杜绝了广播风暴的发生)!

      在介绍网桥之前,还想简单介绍另一个物理层的设备:“中继器”,这种设备的作用是把物理层传输的信号放大,由于长距离的传输,信号会有一定的损耗的,这种设备主要解决的就是这个问题。它和HUB的区别是:HUB主要是为了在物理层上转发数据的,所以它不关心电压值的大小,也不会放大物理信号;而中继器它的作用就是为了放大信号用的,SO.....

    二.网桥:

      网桥又称桥接器,英文名Network Bridge,数据链路层设备。它也是转发数据包的设备,但和HUB不一样的是,它工作在数据链路层,HUB只能看懂物理层上的东西(比如一段物理信号),网桥却能看懂一些帧的信息(在链路层上,把上面传下来的数据封装后,封装好了的数据就是帧,但这里我用“数据包”这样的泛指去代替“帧”这个专业术语)。在以太网构造的局域网上,最终的寻址是以数据链路层的MAC地址作为标识的(就是用MAC地址可以在局域网上找到一台唯一的机器),网桥能从发来的数据包中提取MAC信息,并且根据MAC信息对数据包进行有目的的转发,而不采用广播的方式,这样就能减少广播风暴的出现,提升整个网络的效率,在详细说网桥这东西之前,我想先介绍一下交换机。

    三.交换机:

      交换机Switch,数据链路层设备,作用是转发数据包。和网桥一样它也是通过识别帧中的MAC地址,然后对特定的端口进行转发的。

    四.网桥和交换机的工作原理及区别?

      回答网桥和交换机区别之前,我们先一起看两幅图(这是从《计算机网络(第四版)》第四章截下来的:>):

      1.网桥的连接模式:(红点处为HUB)

      

      2.交换机连接模式:

      

      从图中可以看到,网桥只有2个输入/出端口,而交换机有8个。嗯,是的,一开始的时候(那时候只有HUB这种设备),由于硬件水平不是很发达,人们为了提高局域网效率,减少广播风暴的出现,他们生产了网桥(一个只有两个输入/出端口的链路层设备,这时的网桥已经是个比较先进的设备),然后他们把一个局域网一分为2,中间用网桥连接,这样A发给BCD的数据就不会再广播到EFGH了(网桥发现如果数据包不是转发给下面这个子网的,它会自动丢弃此包),只有从A发到EFGH的数据包才能通过网桥,到达另外一个子网(网桥发现如果数据包是转发给下面这个子网的,它才会把包转发给这个子网)。这样一来,非必要的传输减少了,整个网络的效率也随之提高可不少!人们发现网桥真是个好东西呀,随着硬件发展,出现了4个,8个端口的链路层设备,这就是交换机,由于交换机可以使得网络更安全(数据不容易被监听,因为数据不再广播了,注意:只是不容易而已,要搞你其实还是可以的),网络效率更高(还是因为数据不再广播!),交换机渐渐替代了HUB,成为组建局域网的重要设备。

      所以说,网桥和交换机,基本上是一样的,嗯,只是基本上而已,细看还是有些不一样的,但在说明他们之间有什么不一样之前,我想先简单介绍一下网桥和交换机的工作原理。

      3.网桥的工作原理:  

      上图是用一个网桥连接的两个网络,网桥的A端口连接A子网,B端口连接B子网,为什么网桥知道哪些数据包该转发,哪些包不该转发呢?那是因为它有两个表A和B,当有数据包进入端口A时,网桥从数据包中提取出源MAC地址和目的MAC地址,一开始的时候,表A和表B都是空的,没有一条记录,这时,网桥会把数据包转发给B网络,并且在表A中增加一条MAC地址(把源MAC地址记录表中),说明这个MAC地址的机器是A子网的,同理,当B子网发送数据包到B端口时,网桥也会记录源MAC地址到B表;当网桥工作一段时候后,表A基本上记录了A子网所有的机器的MAC地址,表B同理,当再有一个数据包从A子网发送给网桥时,网桥会先看看数据包的目的MAC地址是属于A子网还是B子网的,如果从A表中找到对应则,抛弃该包,如果不是,则转发给B子网,然后检查源MAC地址,是否在表中已经存在,如果不存在,在表A中增加一条记录。

      噢,或许你现在会问了,为什么需要两张表呢,一张表不行么??嗯~刚才把表一分为二是为了便于理解,实际上,真正的网桥里面存的应该是一张表(当然有可能为了提速,或者其他原因,它也可能把信息存为多张表,这个得看它怎么实现了~),如果是一张信息表,表里记录的应该是:MAC-PortNum。

      4.交换机有些许不同,如图:

      交换机也有一张MAC-PORT对应表(这张表的学名为:CAM),和网桥不一样的是,网桥的表是一对多的(一个端口号对多个MAC地址),但交换机的CAM表却是一对一的,如果一个端口有新的MAC地址,它不会新增MAC-PORT记录,而是修改原有的记录,比如:现在交换机记录表里已经有一项:MAC1-Port1,如果此刻端口1又来了一个数据包,里面的源MAC地址是MAC2,此时,交换机会刷新交换机记录表:MAC1-Port1记录被修改为MAC2-Port1,因为交换机认为是端口1的计算机MAC地址变了,如果端口1连接的一台物理机器,MAC一般是不会变的,如果连接的是另外一个交换机,那这个端口的记录会变化得比较频繁(如上图的Port12,它是对外的接口,与一个局域网连接),另外,如果CAM表中没有找到和数据包的目的MAC地址对应的记录,交换机会对此数据包进行广播,发给本交换机的每一个端口。

      网桥和交换机除了用CAM表指导数据包转发这点和HUB不一样外,网桥和交换机还有一个特点:缓存!对,网桥和交换机都有一定量的缓存,因为网桥和交换机转发数据包需要一些额外的操作,所以可能会占用一些时间,为了避免出现因来不及转发数据,导致大量数据丢失的情况,网桥和交换机就出现了缓存。当然,缓存不是万能的,当网桥或交换机处理不及并且缓存用完了,以后再来的数据还是会丢失的。还一个网桥需要缓存的原因是:桥接两个传输速率不同的局域网,比如:802.3的传输速率说10mb/s,但实际上并不是真的10Mb/s,而 802.4(几乎)确实为10Mb/s,但两个局域网桥接时候必须是速率一样的,否则会有包丢失,而缓存也正好可以为不同速率网络连接时所使用。这里需要对比一下网桥和交换机的缓存,一般来说,网桥的缓存量是大于交换机的缓存量,因为网桥天生是为了连接两个网络的,两个网络桥接时所要处理的数据量会比一般的交换机需要处理的数据量要多,所以网桥的缓存也一般要比交换机大一点。

      值得注意的一些问题:

      1). 网桥需要软件辅助?

      回答这个问题,首先要看看原始的网桥,《计算机网络(第四版)》里有一段话是这样的:传统上,网桥往往包含一个CPU,"转发-存储"由软件来实现。噢,以前的网桥是这样的,但现在由于硬件水平的提升,网桥,交换机都包含了特殊的,用于转发的集成电路部分,现在的网桥和交换机都可以不需要软件辅助了!顺带说一句,模拟网桥功能的软件现在也是有的。

      2). 网桥用于连接不同的网段?(搜索百度时查到一个答案)

      首先这里要理解什么是网段,唉,这个概念说起来又是一篇文章!它涉及到子网掩码的等等一系列的东西....

      这里我觉得要明确的是,网桥不是用来连接不同网段的!!!我当初被这个问题害惨了,K了N多资料,不过还好,有点收获:>,不同网段之间通信,需要网关的帮助,它一般是路由器这类网络层的设备。网桥或交换机是链路层设备,网段这个是和IP相关的概念,属于网络层。网桥和交换机跟本无能力去处理网络层的东西!如果非要说用网桥和交换机去连接两个不同网段的网络不是不行,只是没有作用而已,因为不同网段机器的始终是不能互访问,网桥不能做网关!上面我已经说了网桥的由来,它是为了减少HUB的广播,提高局域网网络性能出现的,网桥连接的仅仅是两个子局域网,并且这里说的子局域网必须是同构的(同构的意思是:如果是以太网,那么网桥连接的两个子网都必须是以太网,不能一个是以太网一个是令牌网),我一直认为:以太网的特性导致了网桥的出现,因为广播是以太网的重要特性,其他构造的网络不一定有(呀~这里我猜的,我对其他的结构的网络是一巧不通的说-_-!),为了优化以太网的性能,网桥出现了~所以其他构造网络似乎也不需要使用网桥这个东东!其实后来带着这个想法继续看无线网络的东西,发现这个想法应该是错误的,网桥的天性应该是:连接两个同构网络,而在以太网上,刚好HUB可以作为连接两个网络的设备,但是由于HUB的各种弊端,人们研发了工作在链路层上的网桥(本文所介绍的),它除了连接两个网络的功能外,还有优化网络性能的功能。而在其他构造的网络也有网桥这个设备,但它的功能可能是仅仅连接两个网络,而没有了优化网络性能的功能(或者根据网络特性,它又有了新的功能)。

      这里再次总结一下网桥和交换机

      网桥和交换机用户分割冲突域,就是网桥和交换机可以较少被逼的广播(hub导致的),但不能分割广播域。不严格地说,交换机可以看作网桥的高度集成。

      冲突域:总的来说,冲突域就是连接在同一导线上的所有工作站的集合,或者说是同一物理网段上所有节点的集合,或以太网上竞争同一带宽的节点集合。HUB这种设备不能分割冲突域。

      广播域:网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。

      HUB 所有端口都在同一个广播域,冲突域内。
      Switch所有端口都在同一个广播域内,而每一个端口就是一个冲突域。
      Router的每个端口属于不同的广播域。

      好了~先总结这么多,下次再写~!

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  • 集线器网桥交换机、路由器区别的简单讲解

    千次阅读 多人点赞 2018-04-24 23:46:55
    3. 比如A和B的电脑连接在同一个集线器,C在第二个集线器。那三婶宝贝发现了A和B在说话,就不许电流到另一个集线器。这样第二个集线器就不会收到A和B的破事了,在此时他们之间的两个设备能说话。如果A和C要说话,三婶...

    看了下网上的讲解,发现讲解不是很直观易懂。现在我来总结下。

    这个问题我们得回到互联网的发展来看:

    很久很久以前,有一对好基友,他们用一根网线直接连接着他们两个人的电脑。不存在互联网,只有两个人孤独的分享着片源。

    没有小三的基友是不完美的,他们的生活进入的小三,他们决定接纳小三。于是小三也拉了一根网线,怎么和他们两个人的电脑连接到一起呢?他们想到了一个好办法:

    1. 将三根网线一起剪断。

    2. 把三根网线中同颜色的线接在一起


    我只花了三根线示意。这样我们发现三根线就联通了。老王正式进入了他们的生活。

    可是俗话说,强中更有强中手,恶人终须恶人磨。老王的邻居-隔壁老王的老王也要加进来。组成四人生活。头上的草原是拒绝不来的,所以隔壁老王的老王也进来了,现在是四人生活。四根线连在一起也不难。

    人生啊,不如意事十之八九,一直到20个老王强行闯入的他们的生活。二十根网线这样接,天呐,这是不可能的!正当大家一筹莫展之际,隔壁他二婶看到了商机,将二十个网线接口装在一个盒子上,内部用线把二十个接口一起连接起来了。方法跟上图一样,起名集线器

    大家高高兴兴买来了集线器,分别把自己的网线插到接口上,好了。伟大的隔壁老王成功了。

    人多了,事也多。因为大家都在一起,两个小基友电脑间的谈话遇到了问题:

    只要有电脑发信号,其他人都得等。

    原理很简单,网线是用电信号传输信息的,两台电脑一起说话,两股电信号混到一根线上,就分辨不出来了。就跟两个人同时说话,周围的人听不清各自在说什么一样。

    这下麻烦了,大家一度争用,造成混乱,导致大家大打出手,一起蹲号子了。

    隔壁他三婶看到了商机,哎呦,我可以设计一个新的东西啊。这个东西是干这个的:

    1. 给他们两个集线器,每十个电脑插一个集线器。两个集线器中间,用他三婶的宝贝连接起来。

    2. 他三婶的宝贝有个能耐,能记住两边集线器都连接了哪些电脑。怎么记呢?三婶给每一个电脑都编了号,取名叫MAC地址。这个号啊,每个电脑(其实是网卡)都有全世界独一无二的一个号。跟身份证号一样,电脑坏了,这个号也不会给别人。然后你记住两边各有哪些号就好了。

    3. 比如A和B的电脑连接在同一个集线器,C在第二个集线器。那三婶宝贝发现了A和B在说话,就不许电流到另一个集线器。这样第二个集线器就不会收到A和B的破事了,在此时他们之间的两个设备能说话。如果A和C要说话,三婶宝贝就让电流过去,那么A和C就能正常说话了。

    三婶可高兴呢,把她的宝贝起名叫 网桥

    话说这一群人出狱了,看见网桥高兴的不得了。赶紧买了,这样由20个人的冲突尽可能的变成10个人的冲突,大家终于不用一起蹲号子了。

    哎呀,人家都说臭男人,臭男人,不臭怎么叫男人?两个小基友终于受不了这18个抠脚大汉了。一年不洗脚,半月抠一次。不行不行,两个小基友用电脑密谋着私奔。

    问题来了,你俩说的话,同一个集线器的人都能听到啊!哎呦,18个抠脚大汉可是把他俩一顿胖揍,惨喽。

    隔壁四婶看到了,哎呦,商机诶!隔壁四婶把三婶的网桥改装了下,改成20个网线口。唉,你想啊,每个口只插一台电脑,根据网桥的固有属性,它知道自己哪个口插了哪些电脑啊。你要是20个电脑都插上去,每个口只插一个电脑,一个电脑跟别人说话,电流那会定向的到他的口,不就是一对一通信了吗好东西,好东西。四婶起名叫交换机

    装上交换机以后,两个人密谋成功,私奔了。

    人那,是恋旧的动物。日子分开久了,还想,但是好基友是绝对不能忍受脚臭。所以大家希望大家的电脑可以互相连接,但是不在一个地方。

    两伙人说干就干,要拉网线。但是天南海北,距离很远,要穿过无数人的家庭。人家凭啥让你过啊!你给人钱啊!这下麻烦了,这可怎么办!

    他五叔站出来了,为何不把全世界的电脑一起连接起来,这样岂不方便很多?大家一呼百应。怎么办呢?

    五婶大吼一声,这样吧!我们再弄一个编号,跟邮政编码似得,按地域编号,每个上网的电脑,都必须在当时有一个独一无二的编号!我提议:叫IP地址!造一个机器,按照编号把电流转发先对应的地域,在转发到对应的电脑。

    所以说:

    1. IP地址与地域和某些大型公司有关。(这也是常用的大概定位手段)

    2. IP地址不会永远属于你自己。你下线了,运营商可能把这个IP给同地域的其他人(人民币玩家除外,只要你给钱,独占一个,独占百个,独占千个都没问题啊!还TM是连号的!!!)

    但是MAC地址只属于你一个人,跟你身份证号一样。而IP地址就像你高铁上的座位号,你不坐了,别人可能坐。你下次坐同一列的高铁,不一定还坐上次的座位。但是如果你很有钱,买了1年内商务座包舱。那土豪你随意。哪个座位不还是看您心意吗?

    是不是有人已经点票子想去买8888的IP地址图吉利了?最吉利的IP地址8.8.8.8被谷歌买了,欲使用的土豪请先收购谷歌。

    言归正传,那五婶嘴里说的,能根据IP地址转发到对应地域,再转发到对应电脑的设备是什么呢?那就是路由器

    如此一来,我们的问题基本解决了。

    上面讲解的这几个设备呢,都是抽象出来他们的主要功能了,方便大家理解。他们还有很多其他功能,有些描述也不是百分百准确,但是有助于大家理解。有了本文的支持,无论是去看书上的定义,还是专业描述,将不再是那么晦涩难懂,方便理解。本文与专业教材冲突的地方,请以专业教材为准。

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  • 文章深入浅出的介绍中继器,集线器交换机网桥,网关,路由器的功能作用及区别!针对交换机和路由器重点介绍!
  • 文章从最简单的中继器讲起,有浅及深(当然,这也是几个设备发展的过程),逐步探讨中继器、集线器网桥交换机、路由器的功能。这样一个层次,能使读者更清晰明白他们的不同与相同。

    1.中继器

     1.1 功能概述

      工作在物理层。当数据离开源在网络上传送时,它转换为能够沿着网络介质传输的电脉冲或光脉冲——这些脉冲称为信号(signal)。当信号沿着网络介质进行传送时, 随着经过的线缆越来越长,信号就会变得越来越弱越来越差。中继器的目的是对网络信号进行再生还原,从而使得它们能够在网络上传输更长的距离。
      简单来说,中继器就是两个端口,一个进一个出,把流入的网络信号进行放大、加强再流出,从而使它可以传输更远的距离。
         在这里插入图片描述

    2.集线器

     2.1 功能概述

      工作在物理层。集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大,以扩大网络的传输距离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器与网卡、网线等传输介质一样,属于局域网中的基础设备,采用CSMA/CD(一种检测协议)访问方式。可以这样理解,集线器就是多个端口的中继器

     2.2 工作原理

        在这里插入图片描述
      它发送数据时,是没有针对性的。采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时,不是直接把数据发送到目的节点(因为它不认识路),而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点。例如:当A要给B发数据时,它会采取广播方式,把要传递的消息广播给B、C、D、E . . . . . . ...... ......
      很容易想到,集线器这样会带来一个很大的坏处就是,广播爆炸线路冲突。集线器对数据包的的处理大部分是简单的将数据包复制放大后,送到目前连接该集线器的所有端口,因此数据包充斥在整个连通的局域网中,同时仅有一组数据是有效的,所以在数据包传输量较大的居于网中,集线器将无法有效地传输数据,因为可能同时传送多份数据,从而造成数据包的冲突问题问题增加。

    3.网桥

     3.1功能概述

      工作在数据链路层。网桥(Bridge)是早期的两端口数据链路层网络设备,用来连接不同网段的计算机网络设备同时它又可隔离冲突域。

      网桥将两个不同的局域网的网络连接起来,并对网络数据的流通进行管理。它工作于数据链路层,不但能扩展网络的距离或范围,而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。

     3.2工作原理

      也有人把“网桥”比喻成一个聪明的中继器(Repeater)。因为中继器只是对所接收的信号进行放大,然后直接发送到另一个端口连接的电缆上,主要用于扩展网络的物理连接范围;而网桥除了可以扩展网络的物理连接范围外,还可以对MAC 地址进行分区,不需要像集线器一样去广播(网桥可以根据MAC地址转发消息),同时隔离不同物理网段之间的碰撞(也就是隔离“冲突域”)。
    在这里插入图片描述
      上图是用一个网桥连接的两个网络,网桥的A端口连接A子网,B端口连接B子网,为什么网桥知道哪些数据包该转发,哪些包不该转发呢?那是因为它有两个表A和B,当有数据包进入端口A时,网桥从数据包中提取出源MAC地址和目的MAC地址。

      一开始的时候,表A和表B都是空的,没有一条记录,这时,网桥会把数据包转发给B网络,并且在表A中增加一条MAC地址(把源MAC地址记录表中),说明这个MAC地址的机器是A子网的,同理,当B子网发送数据包到B端口时,网桥也会记录源MAC地址到B表。

      当网桥工作一段时候后,表A基本上记录了A子网所有的机器的MAC地址,表B同理,当再有一个数据包从A子网发送给网桥时,网桥会先看看数据包的目的MAC地址是属于A子网还是B子网的,如果从A表中找到对应则,抛弃该包,如果不是,则转发给B子网,然后检查源MAC地址,是否在表中已经存在,如果不存在,在表A中增加一条记录。

    4.交换机

     4.1功能概述

      工作在数据链路层。交换机(Switch)可以说同时是集线器和网桥的升级换代产品,因为交换机具有集线器一样的集中连接功能,同时它又具有网桥的数据交换功能。所以可以这样说,交换机是带有交换功能的集线器,或者说交换机是多端口的网桥。外形上,集线器与交换机产品没什么太大区别。
    PS:下图为三层交换机图,就是比较大而已,
    在这里插入图片描述

     4.2工作原理
    • 当交换机从某个端口收到一个数据帧后,先读取帧头部的源MAC地址,并与自己缓存中的映射表(CAM 表)进行比较,如果没有找到,则在CAM表中添加一个该源MAC 地址与发送该帧的源端口映射表项。这就是交换机的MAC 地址自动学习功能
    • 如果在CAM表项查到了帧中源MAC地址,则继续查看是否有帧中目的MAC地址所对应的映射表项。如果有,则直接把该帧转发到目的MAC地址节点所连接的交换机端口,然后由该端口发送到目的主机。
    • 如果在交换机CAM 表中没有找到帧中目的MAC地址所对应的表项,则把该数据帧向除源端口外的其他所有端口上进行泛洪(广播)。
    • 当MAC地址与帧中目的MAC地址的主机接收了该数据帧后就会向源主机产生一个应答帧,交换机获取该应答帧后从其中的源MAC 地址中获取了对应的MAC地址和所连接端口的映射关系,并添加到CAM 表中。这样下次再有MAC地址为这个MAC 地址的帧发送时交换机就可以直接从CAM表中找到对应的转发端口,直接转发,不用再泛洪了。

    5.路由器

      相比较上边的几个设备而言,要想理解路由器,需要对计算机网络有一定的基础。在Internet网络中,路由器是相对来说最重要的设备。在本文中,对路由器不再做详细解释,在计算机网络这一专栏中我会单独详解路由器这一设备。

     5.1功能概述

      工作在网络层。路由器(Router)是用于连接多个逻辑上分开的网络,所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网(根据IP地址来判断是否在一个子网)。当数据从一个子网传输到另一个子网时,可通过路由器来完成。因此,路由器具有判断网络地址和选择路径的功能,它能在多网络互联环境中,建立灵活的连接,可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网,路由器只接受源站或其他路由器的信息,属网络层的一种互联设备。它不关心各子网使用的硬件设备,但要求运行与网络层协议相一致的软件。转发消息主要用的是IP地址

     5.2工作原理

      例如,一台支持IP协议的路由器可以把网络划分成多个子网段,只有指向特殊IP地址的网络流量才可以通过路由器。当IP子网中的一台主机发送消息给同一IP子网的另一台主机时,它将直接把消息送到网络上,对方就能收到。而要送给不同子网的主机时,它要选择一个能到达目的子网上的路由器,把消息送给该路由器,由路由器负责把消息送到目的地。网络中的设备用它们的网络地址(IP地址)互相通信。IP地址是与硬件地址无关的“逻辑”地址。目前TCP/IP网络,全部是通过路由器互连起来的,Internet就是成千上万个IP子网通过路由器互连起来的国际性网络。
       一句话总结:路由器的主要工作就是为经过路由器的每个IP数据包寻找一条最佳传输路径,并将该数据有效地传送到目的站点。 路由器的基本功能是,把数据(IP报文)传送到正确的网络。

    6.总结

      文章从最简单的中继器讲起,有浅及深(当然,这也是几个设备发展的过程),逐步探讨中继器、集线器、网桥、交换机、路由器的功能。这样一个层次,能使读者更清晰明白他们的不同与相同。
       文章如有不当之处,请多多指教~~

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  • 集线器交换机网桥区别

    万次阅读 多人点赞 2016-10-21 13:35:07
    网络基础知识1:集线器网桥交换机 2009-01-18 21:45 by hyddd, 5164 阅读, 7 评论, 收藏, 编辑  最近一直在看网络方面的东东,先把基础的东西总结一下,注意:以下的概念现在已经不一定准确了,因为...

    网络基础知识1:集线器,网桥,交换机

    2009-01-18 21:45 by hyddd, 5164 阅读, 7 评论, 收藏编辑

      最近一直在看网络方面的东东,先把基础的东西总结一下,注意:以下的概念现在已经不一定准确了,因为硬件发展相当迅速,集成电路的集成度越来越多高,拿交换机为例,现在俗称交换机的东西已经具有一定的路由器的功能了,有些时候很多概念已经混在了一起。而下面讲到的内容是最基本的概念,和你现在实际上能看到的可能不一样了,但是思想是一样的。咳咳,下面是我自己最近看资料总结的,如有错漏之处,也请大家指出:>

    一.集线器

      集线器(HUB),它是工作在物理层的设备, 由于它只是工作在物理层的设备,所以它并不关心也不可能关心OSI上面几层所涉及的,它的工作机制流程是:从一个端口接收到数据包时,会在其他端口把这个 包转发一次,因为它不知道也不可能知道这个包是发给谁的(物理层设备只关心电压这些物理概念),它也只能对所有人广播(这里和下文提到的 广播该词的意思和ARP请求时的广播有些不同,这里的广播意思是:使用物理层转发设备,如HUB,导致的广播,可以说这个广播是被逼的,因为设备的问题! 是设备转发包引起的广播!而ARP请求的广播是自己要求的,主动的,因为ARP请求包的目标地址IP是255.255.255.255,但ARP请求的广 播涉及IP层的知识,不在这篇文章讨论的范围,所以这里提到的广播,除非特别说明,否则都是第一个意思,也就说是"因设备转发数据包引起的广播" ),让他们自己处理了。

      这样一来会有不少问题,你发的数据其他人都收到了,私隐这总东西是不存在的!别入可以随便监听你信息!所以会话劫持在那个年代相当容易(记得俺第一次接触会话劫持这个概念的时候还是高2,那是2001~2002,呵,那时候集线器还是比较普遍的)。

      另外一个比较严重的问题是,如果一个大型的局域网,比如有500台机器,全部用HUB连接的,后果会怎么样呢??相当慢,网络的效率极差!为什么?如果500台机器都发一个包,那就是说每台机器,都需要接收差不多499个无用包...并且如果是需要回应的话......无用的数据包会充斥着整个的局域网,这就是传说中的广播风暴!

      为了减少广播风暴,网桥产生了(注意这里用的时候“减少”,不是“杜绝”,仅仅是减少!如果仅仅用网桥说能杜绝广播风暴,个人觉得还是不太准确,后来交换机的出现才可以说是完全杜绝了广播风暴的发生)!

      在介绍网桥之前,还想简单介绍另一个物理层的设备:“中继器”,这种设备的作用是把物理层传输的信号放大,由于长距离的传输,信号会有一定的损耗的,这种设备主要解决的就是这个问题。它和HUB的区别是:HUB主要是为了在物理层上转发数据的,所以它不关心电压值的大小,也不会放大物理信号;而中继器它的作用就是为了放大信号用的,SO.....

    二.网桥:

      网桥又称桥接器,英文名Network Bridge,数据链路层设备。它也是转发数据包的设备,但和HUB不一样的是,它工作在数据链路层,HUB只能看懂物理层上的东西(比如一段物理信号),网桥却能看懂一些帧的信息(在链路层上,把上面传下来的数据封装后,封装好了的数据就是帧,但这里我用“数据包”这样的泛指去代替“帧”这个专业术语)。在以太网构造的局域网上,最终的寻址是以数据链路层的MAC地址作为标识的(就是用MAC地址可以在局域网上找到一台唯一的机器),网桥能从发来的数据包中提取MAC信息,并且根据MAC信息对数据包进行有目的的转发,而不采用广播的方式,这样就能减少广播风暴的出现,提升整个网络的效率,在详细说网桥这东西之前,我想先介绍一下交换机。

    三.交换机:

      交换机Switch,数据链路层设备,作用是转发数据包。和网桥一样它也是通过识别帧中的MAC地址,然后对特定的端口进行转发的。

    四.网桥和交换机的工作原理及区别?

      回答网桥和交换机区别之前,我们先一起看两幅图(这是从《计算机网络(第四版)》第四章截下来的:>):

      1.网桥的连接模式:(红点处为HUB)

      

      2.交换机连接模式:

      

      从图中可以看到,网桥只有2个输入/出端口,而交换机有8个。嗯,是的,一开始的时候(那时候只有HUB这种设备),由于硬件水平不是很发达,人们为了提高局域网效率,减少广播风暴的出现,他们生产了网桥(一个只有两个输入/出端口的链路层设备,这时的网桥已经是个比较先进的设备),然后他们把一个局域网一分为2,中间用网桥连接,这样A发给BCD的数据就不会再广播到EFGH了(网桥发现如果数据包不是转发给下面这个子网的,它会自动丢弃此包),只有从A发到EFGH的数据包才能通过网桥,到达另外一个子网(网桥发现如果数据包是转发给下面这个子网的,它才会把包转发给这个子网)。这样一来,非必要的传输减少了,整个网络的效率也随之提高可不少!人们发现网桥真是个好东西呀,随着硬件发展,出现了4个,8个端口的链路层设备,这就是交换机,由于交换机可以使得网络更安全(数据不容易被监听,因为数据不再广播了,注意:只是不容易而已,要搞你其实还是可以的),网络效率更高(还是因为数据不再广播!),交换机渐渐替代了HUB,成为组建局域网的重要设备。

      所以说,网桥和交换机,基本上是一样的,嗯,只是基本上而已,细看还是有些不一样的,但在说明他们之间有什么不一样之前,我想先简单介绍一下网桥和交换机的工作原理。

      3.网桥的工作原理:  


      上图是用一个网桥连接的两个网络,网桥的A端口连接A子网,B端口连接B子网,为什么网桥知道哪些数据包该转发,哪些包不该转发呢?那是因为它有两个表A和B,当有数据包进入端口A时,网桥从数据包中提取出源MAC地址和目的MAC地址,一开始的时候,表A和表B都是空的,没有一条记录,这时,网桥会把数据包转发给B网络,并且在表A中增加一条MAC地址(把源MAC地址记录表中),说明这个MAC地址的机器是A子网的,同理,当B子网发送数据包到B端口时,网桥也会记录源MAC地址到B表;当网桥工作一段时候后,表A基本上记录了A子网所有的机器的MAC地址,表B同理,当再有一个数据包从A子网发送给网桥时,网桥会先看看数据包的目的MAC地址是属于A子网还是B子网的,如果从A表中找到对应则,抛弃该包,如果不是,则转发给B子网,然后检查源MAC地址,是否在表中已经存在,如果不存在,在表A中增加一条记录。

      噢,或许你现在会问了,为什么需要两张表呢,一张表不行么??嗯~刚才把表一分为二是为了便于理解,实际上,真正的网桥里面存的应该是一张表(当然有可能为了提速,或者其他原因,它也可能把信息存为多张表,这个得看它怎么实现了~),如果是一张信息表,表里记录的应该是:MAC-PortNum。

      4.交换机有些许不同,如图:


      交换机也有一张MAC-PORT对应表(这张表的学名为:CAM),和网桥不一样的是,网桥的表是一对多的(一个端口号对多个MAC地址),但交换机的CAM表却是一对一的,如果一个端口有新的MAC地址,它不会新增MAC-PORT记录,而是修改原有的记录,比如:现在交换机记录表里已经有一项:MAC1-Port1,如果此刻端口1又来了一个数据包,里面的源MAC地址是MAC2,此时,交换机会刷新交换机记录表:MAC1-Port1记录被修改为MAC2-Port1,因为交换机认为是端口1的计算机MAC地址变了,如果端口1连接的一台物理机器,MAC一般是不会变的,如果连接的是另外一个交换机,那这个端口的记录会变化得比较频繁(如上图的Port12,它是对外的接口,与一个局域网连接),另外,如果CAM表中没有找到和数据包的目的MAC地址对应的记录,交换机会对此数据包进行广播,发给本交换机的每一个端口。

      网桥和交换机除了用CAM表指导数据包转发这点和HUB不一样外,网桥和交换机还有一个特点:缓存!对,网桥和交换机都有一定量的缓存,因为网桥和交换机转发数据包需要一些额外的操作,所以可能会占用一些时间,为了避免出现因来不及转发数据,导致大量数据丢失的情况,网桥和交换机就出现了缓存。当然,缓存不是万能的,当网桥或交换机处理不及并且缓存用完了,以后再来的数据还是会丢失的。还一个网桥需要缓存的原因是:桥接两个传输速率不同的局域网,比如:802.3的传输速率说10mb/s,但实际上并不是真的10Mb/s,而 802.4(几乎)确实为10Mb/s,但两个局域网桥接时候必须是速率一样的,否则会有包丢失,而缓存也正好可以为不同速率网络连接时所使用。这里需要对比一下网桥和交换机的缓存,一般来说,网桥的缓存量是大于交换机的缓存量,因为网桥天生是为了连接两个网络的,两个网络桥接时所要处理的数据量会比一般的交换机需要处理的数据量要多,所以网桥的缓存也一般要比交换机大一点。

      值得注意的一些问题:

      1). 网桥需要软件辅助?

      回答这个问题,首先要看看原始的网桥,《计算机网络(第四版)》里有一段话是这样的:传统上,网桥往往包含一个CPU,"转发-存储"由软件来实现。噢,以前的网桥是这样的,但现在由于硬件水平的提升,网桥,交换机都包含了特殊的,用于转发的集成电路部分,现在的网桥和交换机都可以不需要软件辅助了!顺带说一句,模拟网桥功能的软件现在也是有的。

      2). 网桥用于连接不同的网段?(搜索百度时查到一个答案)

      首先这里要理解什么是网段,唉,这个概念说起来又是一篇文章!它涉及到子网掩码的等等一系列的东西....

      这里我觉得要明确的是,网桥不是用来连接不同网段的!!!我当初被这个问题害惨了,K了N多资料,不过还好,有点收获:>,不同网段之间通信,需要网关的帮助,它一般是路由器这类网络层的设备。网桥或交换机是链路层设备,网段这个是和IP相关的概念,属于网络层。网桥和交换机跟本无能力去处理网络层的东西!如果非要说用网桥和交换机去连接两个不同网段的网络不是不行,只是没有作用而已,因为不同网段机器的始终是不能互访问,网桥不能做网关!上面我已经说了网桥的由来,它是为了减少HUB的广播,提高局域网网络性能出现的,网桥连接的仅仅是两个子局域网,并且这里说的子局域网必须是同构的(同构的意思是:如果是以太网,那么网桥连接的两个子网都必须是以太网,不能一个是以太网一个是令牌网),我一直认为:以太网的特性导致了网桥的出现,因为广播是以太网的重要特性,其他构造的网络不一定有(呀~这里我猜的,我对其他的结构的网络是一巧不通的说-_-!),为了优化以太网的性能,网桥出现了~所以其他构造网络似乎也不需要使用网桥这个东东!其实后来带着这个想法继续看无线网络的东西,发现这个想法应该是错误的,网桥的天性应该是:连接两个同构网络,而在以太网上,刚好HUB可以作为连接两个网络的设备,但是由于HUB的各种弊端,人们研发了工作在链路层上的网桥(本文所介绍的),它除了连接两个网络的功能外,还有优化网络性能的功能。而在其他构造的网络也有网桥这个设备,但它的功能可能是仅仅连接两个网络,而没有了优化网络性能的功能(或者根据网络特性,它又有了新的功能)。

      这里再次总结一下网桥和交换机

      网桥和交换机用户分割冲突域,就是网桥和交换机可以较少被逼的广播(hub导致的),但不能分割广播域。不严格地说,交换机可以看作网桥的高度集成。

      冲突域:总的来说,冲突域就是连接在同一导线上的所有工作站的集合,或者说是同一物理网段上所有节点的集合,或以太网上竞争同一带宽的节点集合。HUB这种设备不能分割冲突域。

      广播域:网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。

      HUB 所有端口都在同一个广播域,冲突域内。
      Switch所有端口都在同一个广播域内,而每一个端口就是一个冲突域。
      Router的每个端口属于不同的广播域。

      好了~先总结这么多,下次再写~!

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