网桥的联系与区别,交换式局域网用于提高局域

作者:马会透密二码中特

交换式局域网,作为一种能通过增加网段提高局域网容量的技术,已经迅速地确立了它自己的地位。这是因为局域网交换机能够以较低的成本在多个网段提供高质量的报文传输服务。这正如以前的路由器,作为连接局域网段的互连设备曾大量替代了互连网桥,而现在交换机趋向于替代局域网中的路由器。

路由器:连接不同IP 子网的设备,负责寻径和转发,工作在OSI 的网络层。

交换式局域网的体系结构

网桥: 连接不同子网,使其透明通信,工作在数据链路层,解析数据帧。缺点是无法避免“广播风暴”。

大型局域网总是由多个局域网通过多种网络互连设备,如网桥、路由器或交换机等连接而成的。由于对局域网带宽不断增长的要求必须在以太网或令牌环网固定的10Mbps或16Mbps的带宽限制下,所以在一个典型的局域网设计中不同局域网段的数目正迅速性地增长着。但是这种趋势会持续多久呢?是否有可能局域网中不再需要路由器呢?毫无疑问,广域网中互连的交换式局域网之间需要路由器提供物理连接和协议的转换。但当我们寻求对下列问题的答案时,分歧就产生了:

网关(gateway):工作在应用层,不同子网间的翻译器,对收到的信息进行重新打包。

在交换式局域网中路由选择的作用是什么?

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在交换式局域网中交换与路由选择之间的最优平衡是什么?

集线器:
集线器的基本功能是信息分发,它把一个端口接收的所有信号向所有端口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号重新生成,一些集线器整理信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。

在局域网中把交换机与路由器物理地连接起来的最好办法是什么?

路由器:
路由器顾名思义就是进行路由的设备。而路由是指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动。路由器通过路由决定数据的转发,转发策略称为路由选择(routing),这也是路由器名称的由来(router,转发者)。

下面的论述将会对这些问题给出合理的解答。

网桥:
1、网桥(Bridge)也称桥接器,是连接两个局域网的存储转发设备,用它可以完成具有相同或相似体系结构网络系统的连接。

交换和路由选择:定义

2、网桥的功能:1)网桥对所接收的信息帧只作少量的包装,而不作任何修改。
               2)网桥可以采用另外一种协议来转发信息。
               3)网桥有足够大的缓冲空间,以满足高峰期的要求。
               4)网桥必须具有寻址和路径选择的能力。四、路由器1、路由器是网络层上的连接,即不同网络

在开始讨论在局域网中交换和路由选择各自的作用之前,首先应该明白这两种技术的差别。局域网交换机有点像网桥,通常它们互连同种类型的局域网段,如都是以太网段或都是令牌环网段的情形。它们在端口之间透明地传送信息,以令牌环网为例,就是用源路由选择的方法。透明交换机对端站是不可见的 ,它们通过检查传送到它们端口的局域网段中的所有信息包来进行学习,从而得知各站点的位置,并根据在每个信息包中的目的网络地址把信息包送往适当的端口。这也意味着它们的运作独立于与端站之间互相通信的协议,不管是TCP/IP协议,还是Novell IPX,NETBIOS或者IBM的SNA协议。令牌环网的源路由选择交换机与透明交换机不同之处仅在于,源路由选择交换机是根据由端站往每个信息包中插入的信息来把信息包送往相应的端口,同样这也是独立于下层网络协议的。

                  与网络之间的连接。
2、路径的选择就是路由器的主要任务。路径选择包括两种基本的活动:一是最佳路径的判定;二是网间信息包的传送。

但在一些情况中,交换机可用来互连不同类型的局域网,例如,一些交换机可互连FDDI主干网和以太网段。在这种情形下,交换机只是在以太网和FDDI帧之间作些简单的转换工作,这样就遵循了对端站的透明性原则。

 

另一方面,路由器被设计成具有把任何类型的网络信息包传送到任何其他类型网络的能力,它们对端站是不透明的:事实上,当一个以太网的端站想要路由器另一端的站点进行通信时,它只是对相应的路由器进行寻址,而不是目的站点。当一个路由器从一个以太网段收到一个要发往另一个网段的信息包时,路由器取出报文的头部,检查报头中的目的地址,然后根据这些信息查询相应的表,确定这个目的站点是否位于它的一个直接相连的局域网段中,否则,该信息包应被送往另一个路由器,在作出相应的决定后,这个路由器将为这个信息包添加新的报头并将它发送出去。

路由器与网桥的差别

为了确定信息包往哪一个端口转发,路由器要维护复杂的查找表,这些表是由每个路由器与网络中的其它路由器相互合作而构造的,这些路由器相互传递经过这个网络的路由状态信息,在路由选择中涉及到的协议和过程是复杂的,需要进行大量的计算,并且占用内存。

1)路由器在网络层提供连接服务,用路由器连接的网络可以使用在数据链路层和物理层完全不同的协议。路由器的服务通常要由端用户设备明确地请求,它处理的仅仅是由其它端用户设备要求寻址的报文。
2)路由器与网桥的另一个重要差别是,路由器了解整个网络,维持互连网络的拓扑,了解网络的状态,因而可使用最有效的路径发送包。

总而言之,在局域网中交换与路由选择最显著的差异在于:信息包经过路由器要比经过交换机需要复杂得多的处理。因此,在取得同一性能水平的前提下,路由器的花费比交换机的花费多许多,而且,一个包经过交换机比要经过路由器花的时间少一些,从而交换机提供了更短的延迟;但另一方面,可以用路由器的处理能力来提供比交换机更大程度的控制。

网关:1、网关(协议转换器)是互连网络中操作在OSI网络层之上的具有协议转换功能设施,所以称为设施,是因为网关不一定是一台设备,有可能在一台主机中实现网关功能。
网关用于以下几种场合的异构网络互连:
1).异构型局域网,如互联专用交换网PBX与遵循IEEE802标准的局域网。
2).局域网与广域网的互联。
3).广域网与广域网的互联。
4).局域网与主机的互联(当主机的操作系统与网络操作系统不兼容时,可以通过网关连接)。

网络设计的目标

3、网关的分类

在明白网络设计的目标之前,我们不可能有效地讨论如何使用交换技术和路由选择技术的最优组合来建造交换式局域网,下面是交换式局域网的一些常见的设计目标:

1)协议网关:协议网关通常在使用不同协议的网络区域间做协议转换。
2)应用网关:应用网关是在使用不同数据格式间翻译数据的系统。
3)安全网关:安全网关是各种技术的融合,具有重要且独特的保护作用,其范围从协议级过滤到十分复杂的应用级过滤。

●以合理的成本取得较高的处理能力

补充:

●更低的端到端的迟延

集线器 没有存储转发功能 ,是物理层设备 ,
交换机有存储转发功能 链路层设备,还有三层交换机 具有路由功能
路由器连接不同网段 或不同介质的网络 比如 以太网和光纤网,拨号网。一台电脑 装几块网卡也可以配置成路由器 WIN2000就可以 。
网关就是一个局域网的出口 通常网关地址就是配置在路由器上的那个地址 ,
网桥是一种特殊的用法,可以分隔大型的网络 好像是用来隔离广播什么的

●具有对通信模式进行调节的弹性

计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连连接而成。如果几个计算机网络只是在物理上连接在一起,它们之间并不能进行通信,那么这种“互连”并没有什么实际 意义。因此通常在谈到“互连”时,就已经暗示这些相互连接的计算机是可以进行通信的,也就是说,从功能上和逻辑上看,这些计算机网络已经组成了一个大型的 计算机网络,或称为互联网络,也可简称为互联网、互连网。
  将网络互相连接起来要使用一些中间设备(或中间系统),ISO的术语称之为中继(relay)系统。根据中继系统所在的层次,可以有以下五种中继系统:

●容易配置和安装

  1.物理层(即常说的第一层、层L1)中继系统,即转发器(repeater)。

●最小化的管理负担

  2.数据链路层(即第二层,层L2),即网桥或桥接器(bridge)。

●对网络资源访问的有效控制

  3.网络层(第三层,层L3)中继系统,即路由器(router)。

在下面的讨论中你将明白,交换技术作为主导技术,而路由选择技术扮演重要但较小角色的局域网设计能最好地符合上述大部分的设计目标。在这个混合中高比例的交换技术通常是令人满意的,因为交换技术比路由选择技术更能以较低的成本提供更大的通信处理能力,而且交换机更易于安装、配置和管理。

  4.网桥和路由器的混合物桥路器(brouter)兼有网桥和路由器的功能。

路由选择在交换式局域网中担任的角色

  5.在网络层以上的中继系统,即网关(gateway).

简介

  当中继系统是转发器时,一般不称之为网络互联,因为这仅仅是把一个网络扩大了,而这仍然是一个网络。高层网关由于比较复杂,目前使用得较少。因此一般讨论网络互连时都是指用交换机和路由器进行互联的网络。本文主要阐述交换机和路由器及其区别。

在交换式局域网中,由路由器完成的基本功能主要有四种,对它们有清楚的了解有助于我们明白路由选择在交换式局域网中担任的角色,这四个功能为:

二、交换机和路由器

●把交换式局域网分割成多个广播域,并且把这些域连接在一起

   “交换”是今天网络里出现频率最高的一个词,从桥接到路由到ATM直至电话系统,无论何种场合都可将其套用,搞不清到底什么才是真正的交换。其实交换一 词最早出现于电话系统,特指实现两个不同电话机之间话音信号的交换,完成该工作的设备就是电话交换机。所以从本意上来讲,交换只是一种技术概念,即完成信 号由设备入口到出口的转发。因此,只要是和符合该定义的所有设备都可被称为交换设备。由此可见,“交换”是一个涵义广泛的词语,当它被用来描述数据网络第 二层的设备时,实际指的是一个桥接设备;而当它被用来描述数据网络第三层的设备时,又指的是一个路由设备。   我们经常说到的以太网交换机实际是一个基于网桥技术的多端口第二层网络设备,它为数据帧从一个端口到另一个任意端口的转发提供了低时延、低开销的通 路。

●在不同子网间进行信息包的传送

  由此可见,交换机内部核心处应该有一个交换矩阵,为任意两端口间的通信提供通路,或是一个快速交换总线,以使由任意端口接收的 数据帧从其他端口送出。在实际设备中,交换矩阵的功能往往由专门的芯片(ASIC)完成。另外,以太网交换机在设计思想上有一个重要的假设,即交换核心的 速度非常之快,以致通常的大流量数据不会使其产生拥塞,换句话说,交换的能力相对于所传信息量而无穷大(与此相反,ATM交换机在设计上的思路是,认为交 换的能力相对所传信息量而言有限)。   虽然以太网第二层交换机是基于多端口网桥发展而来,但毕竟交换有其更丰富的特性,使之不但是获得更多带宽的最好途径,而且还使网络更易管理。  

●作为互连不同局域网的技术

而路由器是OSI协议模型的网络层中的分组交换设备(或网络层中继设备),路由器的基本功能是把数据(IP报文)传送到正确的网络,包括:

●提供对从属在局域网上的资源进行安全访问的机制

  1.IP数据报的转发,包括数据报的寻径和传送;

当然,路由器完成的功能不止这些。当将局域网连接到广域网上时,路由器承担了许多协议的转换工作,如从局域网的协议到针对专用线路或电话线路连接的点到点协议,或者帧中继。但这些功能因所连接的广域网的不同而有所差异,这里我们只关心在交换式局域网中的情形,因此,我们的焦点就放在上述四个基本功能上。

  2.子网隔离,抑制广播风暴;

把交换式局域网分割成多个广播域

  3.维护路由表,并与其他路由器交换路由信息,这是IP报文转发的基础。

一些局域网技术(如以太网和令牌环网)提供让任一个站点可发送一信息包给局域网中的所有其它站点的能力,这也就是所谓广播。几乎所有局域网的网络协议都是用广播来实现操作和管理的机制的。例如,使客户机能定位服务器,允许散播有关可利用的网络资源的信息等等。

  4.IP数据报的差错处理及简单的拥塞控制;

一般而言,越多的站点连接到同一个局域网上,产生的广播通信量就越大。对于通过网桥或交换机连接多个局域网段而形成的大型局域网而言,这种情况仍成立。

  5.实现对IP数据报的过滤和记帐。

广播通信流

  对于不同规模的网络,路由器的作用的侧重点有所不同。

在一个局域网中的广播通信量不仅仅取决于连接到局域网上的站点数目,还有许多其他因素的影响,如在局域网上的服务器和路由器的数目,所用的协议类型、用户启动和终止网络应用程序的频率等等。同时,令牌环网中可观察到的广播特征不同于以太网,因为令牌环网用一种称为源路由探测帧(Source Route Explore Frames),这种帧在经过桥接的网络时如果面临多个路由选择就会复制自己。

  在主干网上,路由器的主要作用是路由选择。主干网上的路由器,必须知道到达所有下层网络的路径。这需要维护庞大的路由表,并对连接状态的变化作出尽可能迅速的反应。路由器的故障将会导致严重的信息传输问题。

由于影响局域网广播通信量的因素很多,因此很难给出一个通用的衡量指标。然而,实际的网络测定表明,即使用一般的网桥或交换机连接有几百个甚至几千个结点的局域网 ,平均的广播通信量一般不会超过每秒10-30个信息包,在偶尔发生的高峰期每秒也最多只有 100-150个信息包。而每秒30个广播包意味占用大约以太网信道的千分之二点五,(这里假定广播信息包平均长度为100字节)。因此广播流对整个网络性能的影响是可以忽略的。

   在地区网中,路由器的主要作用是网络连接和路由选择,即连接下层各个基层网络单位--园区网,同时负责下层网络之间的数据转发。   在园区网内部,路由器的主要作用是分隔子网。早期的互连网基层单位是局域网(LAN),其中所有主机处于同一逻辑网络中。随着网络规模的不断扩大,局 域网演变成以高速主干和路由器连接的多个子网所组成的园区网。在其中,处个子网在逻辑上独立,而路由器就是唯一能够分隔它们的设备,它负责子网间的报文转 发和广播隔离,在边界上的路由器则负责与上层网络的连接。

尽管局域网上的广播流对网络性能的影响甚微,但同样的情况却不适用于广域网的连接。在这种情形下,广播通信流将占用宝贵的广域网带宽的相当一部分,而路由器在这种环境中起着最小化广播通信的影响的作用。

三、第二层交换机和路由器的区别

当前对网络协议和软件的类型和用法的趋势是:倾向于减少在局域网中的广播通信流量。例如,对NetBIOS协议(一个大量使用广播的协议)的使用正日益减少。同时,新的特性不断地被Novell公司吸收入NetWare 4.X 版本,包括NetWare 目录服务(NetWare Directory Services)和对NetWare连接状态协议(NetWare Link State Protocol)的支持,从而减少SAP(Service Advertising Protocol)和RIP(Routing Information Protocol)协议的通信流。

  传统交换机从网桥发展 而来,属于OSI第二层即数据链路层设备。它根据MAC地址寻址,通过站表选择路由,站表的建立和维护由交换机自动进行。路由器属于OSI第三层即网络层 设备,它根据IP地址进行寻址,通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速,由于交换机只须识别帧中MAC地址,直接根据MAC地址产生选择转发端 口算法简单,便于ASIC实现,因此转发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问题。   1.回路:根据交换机地址学习和站表建立算法,交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路,必须启动生成树算法,阻塞掉产生回路的端口。而路由器的路由 协议没有这个问题,路由器之间可以有多条通路来平衡负载,提高可靠性。   2.负载集中:交换机之间只能有一条通路,使得信息集中在一条通信链路上,不能进行动态分配,以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避免这一 点,OSPF路由协议算法不但能产生多条路由,而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。

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