网桥和交换机基础入门

电子工程师 2009-08-01 973

有线通信

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网桥和交换机基础入门

网桥和交换机都是数据通信设备，都是在OSI参考模型的第二层工作，所以一般被人们统称为数据链路层设备,最早是在20世纪80年代开始使用，当时主要被用来连接同类型的网络，在网络之间实现数据的转发。随着网络技术的不断发展，今天的网桥已经能够连接不同类型的网络，智能性也得到了提高。
　　作为网络互连设备的网桥可以划分为几种不同的类型。其中透明网桥主要用于以太网环境，源路由网桥主要用于令牌环网络，而转换网桥则可以在不同的网络介质类型（通常为以太网和令牌环）之间进行数据格式和传输协议的转换。
　　今天，交换机已经取代了传统的网桥，成为最主要的网络互连技术。相对于网桥，交换机的数据吞吐性能更好，端口集成度更高，每端口成本更低，使用更加灵活和方便。
　　链路层设备简介
　　网桥和交换机的功能都是在数据链路层实现。数据链路层的作用主要是控制数据流量，处理传输错误，提供物理地址（没有逻辑地址），以及管理对物理介质的访问。通过使用不同的链路层协议，网桥可以实现上述所有的功能。目前较为流行的链路层协议包括：以太网，令牌环以及FDDI等。
　　网桥和交换机的功能实现原理并不复杂，主要是通过分析流入的数据帧，根据帧中包含的信息做出转发决策，然后再把数据帧转发到目的地。网桥对数据帧的转发分为两种形式，如果使用的是源路径网桥技术，那么每一个数据帧中都已经包含了到达目的地的完整路径；如果使用的是透明网桥技术，那么每一次数据帧都会被转发到下一个节点并最终到达目的地。
　　对上层协议的透明性是网桥和交换机的一个非常重要的优势。因为两种设备都是在链路层工作，所以不需要检查上层协议的信息。这样就可以加快使用任何网络层协议的数据流量的转发速度。一般来说，网桥可以支持以下几种网络层协议：AppleTalk, DECnet,TCP/IP以及XNS等。
　　网桥可以根据任何在第二层建立起来的域对数据帧进行过滤。例如，我们可以设置网桥拒绝转发来自某个特定网络的所有数据帧。因为在数据帧包含的数据链路层信息里经常会标出所使用的上层协议的类型，所以我们也可以以此作为参数设置过滤机制。此外，对数据帧的有效过滤可以大大降低网络中由于广播或多点发送而带来的不必要的数据流量。
　　使用网桥和交换机可以把一? 型的网络划分成几个小的子网，进而提供其它一些功能。因为划分子网之后只有一小部分的流量需要再进行转发，所以不管是网桥还是交换机都可以降低流经所有连接网段上的设备的数据流量。网桥或者是交换机还可以起到防火墙的作用，减少可能发生的网络错误。最后，网桥和交换机可以扩展局域网的有效连接范围，允许接入更多的远距离设备。
　　从以上介绍中我们可以看出网桥和交换机具有很多相同点，不过这两种技术之间还是存在一些显著区别的。在速度方面，交换机要明显快于网桥，这是因为交换机主要是使用硬件进行交换，而网桥则需要借助软件来实现交换。此外，交换机可以连接不同带宽的网络。例如，一个10 Mbps速度的以太局域网和一个100Mbps的以太局域网之间可以通过一台交换机实现互连。在交换技术方面，交换机支持开通式交换（cut-through），可以降低网络延迟；而网桥则只能够使用存储转发技术（store-and-forward）。最后，因为交换机可以为每一个网段提供专用带宽，所以可以减少网段上的碰撞率。
　　网桥的类型
　　我们可以根据产品的不同特点对网桥的种类进行多种形式的划分，其中一个较为普遍的划分方式是把网桥分为本地网桥和远程网桥两大类。本地网桥主要是用来提供同一地理区域内的多个局域网段之间的直接连接。远程网桥则是用于连接不同区域内的局域网段，一般都需要使用电话线路。两种网桥的使用示意图如下：
　　　
　　远程网桥技术在实现网络互连方面面临一些挑战，其中之一就是如何解决局域网和广域网之间的速度差异问题。虽然目前已经有一些高速广域网技术被采用，但是一般来说局域网的速度还是要明显快于广域网。在局域网和广域网的速度之间所存在的这种巨大的差异使用户无法跨广域网运行那些对时延要求很高的应用。
　　虽然远程交换机不能提高广域网的速度，但是却可以通过提供足够的缓冲功能弥补速度上的差异。举例来说，如果一台传输速率为3Mbps的局域网设备希望与远程局域网上的另外一台设备进行通信的话，网桥必须调节3Mbps的数据流以避免堵塞只有64-kbps带宽的广域网连接。为解决这个问题，网桥使用内部缓存保存接收的数据，然后再以广域网可以承受的速率发送到广域网上。
　　交换机的种类
　　交换机与网桥一样也是一种数据链路层设备，可以把多个物理网段互连成为一个统一的大型网络。交换机具有很多不同的类型，其中包括ATM交换机，局域网交换机，以及各种类型的广域网交换机等。
　　ATM交换机
　　ATM交换机可以为工作组，企业主干网以及广域网等不同类型的网络提供高速的交换能力和可扩展的带宽。ATM交换机支持语音，视频和数据应用，被设计成可以交换固定大小的信息单元，即ATM信元。下图显示的是一个通过ATM骨干连接多个局域网的企业网络。
　　　
　　局域网交换机
　　局域网交换机可以用来连接多个局域网段，在网络设备之间实现无冲突的专用通信。局域网交换机可以在高速下完成数据帧的存储和转发。

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