2.4.3 路由器、网桥和交换机
考点：
·路由器和交换机的区别
·路由器和网桥的区别
传统交换机从网桥发展而来，属于OSI 7层模型第二层（数据链路层）的设备。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完成。路由器属于OSI 7层模型第三层（网络层）的设备，它根据IP地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。交换机最大的优点是快速，由于交换机只需要识别帧中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，因此转发速度极快。然而，交换机的工作机制带来了一些问题。
下面介绍几个概念。
回路：根据交换机地址和站表建立算法，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，阻塞产生回路的端口。而路由器的路由协议算法没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提高可靠性。
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。
广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域，把报文广播到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进行广播。
子网划分：交换机只能识别MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据MAC地址来划分子网。而路由器识别IP地址，IP地址由网络管理员分配，它是逻辑地址且具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地划分子网。路由器的主要功能就是连接不同的网络。
保密问题：虽然交换机可以根据帧的源MAC地址、目的MAC地址和其他帧中的内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等内容对报文实施过滤，这更加直观、方便。
介质相关：交换机作为桥接设备也能完成不同链路层和物理层之间的转换，但这种转换过程比较复杂。因此，目前交换机主要完成相同或相似物理介质和链路协议的网络互联，而不会用来在物理介质和链路层协议相差甚远的网络之间进行互联。路由器则不同，它主要用于不同网络之间的互联，因此能连接不同物理介质、链路层协议和网络层协议的网络。路由器在功能上虽然占据了优势，但价格昂贵，报文转发速度慢。
网桥是一个简单的相关设备。它唯一的目的是把许多正在共享的物理网络分割成多个小部分。网桥通常只有两个端口，超过两个端口的网桥称为交换机。
因为以太网是常用的物理网络，所以我们将用它来说明我们的观点。在一个以太网上，所有接入的计算机都共享同一根“线”（物理上不是同一根，但电气上是相通的）。当两台计算机试图在同一时间对话时，它们将被对方淹没，这就称为冲突。在以太网上的计算机越多，冲突的机会就越大。
网桥把以太网分割成许多冲突域。除非网桥另一边的计算机已预先指定，否则在网桥一边的所有数据都留在那里。
网桥不考虑用户在网上使用的协议（TCP/IP、IPX、AppleTalk等），因为它们在数据链路层工作。这既是一个优点，也是一个缺点，因为网桥工作在一个简单的层上，所以它们会不加选择地、高速地传输数据，我们几乎不能对它的工作进行控制。于是，路由器就诞生了。
路由器工作在网络层。事实上，它们可以识别在网络上传输数据的协议。正因为它们可以识别协议，所以它们能按规则来决定将怎样处理特定的数据。因此，路由器在为不同目的或不同组织连接网络时是很有用的。用户可以申请规则或过滤器来使特定的数据通过，而使其他的数据不通过；或者安排为某种目的服务的数据进入特定的网络连接，而其他的数据跳过这个连接。这种服务是要收费的。路由器得到的特定数据的描述越详细，数据发送到目的地的延时就越长。所以，快速路由器的配置越高，硬件的价格就越贵。
总之，路由器和网桥的区别可以归纳为以下几点。
端口的区别。交换机工作时，实际上允许许多组端口间的通道同时工作。所以，交换机不但体现出一个网桥的功能，而且体现出多个网桥功能的集合，即网桥一般有两个端口，而交换机具有高密度的端口。
分段能力的区别。由于交换机能够支持多个端口，因此可以把网络系统划分成更多的物理网段，这样可使得整个网络系统具有更高的带宽；而网桥仅支持两个端口，所以由网桥划分的物理网段是相当有限的。
传输速率的区别。关于数据信息的传输速率，交换机要快于网桥。
数据帧转发方式的区别。网桥在发送数据帧前，通常要接收到完整的数据帧并生成帧检测序列（Frame Check Sequence，FCS）后，才开始转发该数据帧。交换机具有存储转发和直接转发这两种帧转发方式。直接转发方式在发送数据以前，不需要接收完整的数据帧和完成32位循环冗余校验（Cyclic Rodundancy Check，CRC）码的计算。
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