3-7-3常用的网络互连设备网桥和交换机

网桥(Bridge) 网桥也叫桥接器。工作在OSI模型的数据链路 层，有时称为“第二层设备”或“链路层设 备”。 网桥对更高层次的协议规程是透明的，使得 互连的网络看起来就像一个单一的逻辑网络。 由于不涉及到协议的转换，所以网桥的结构 简单，往往通过软件或简单的硬件、软件组 合来实现。 网桥包含了中继器的功能和特性，不仅可以 连接多种介质，还能连接不同的物理分支， 如以太网和令牌环网，能将数据包在更大范 围内传送。

网桥的工作依赖于一点：每个网络结点 都必须有自己的地址。因为网桥在传递 数据包时总是基于目标结点的地址。 网桥实际上有一定的智能，它知道应当 向什么地方送数据包。当数据经过网桥 时，有关计算机地址信息就被网桥拦截 在网桥RAM中，网桥使用这个RAM建立一 个基于源地址的路由表，依此可知道哪 一台计算机在哪一个网络分支里。

网桥比中继器复杂的多。中继器是在网段间 重发信号的主要硬件设备，通常不包含操作 软件。网桥的操作既需要硬件也需要软件。 网桥执行诸如过滤和前向转发帧的功能。网 桥判断入帧的目标地址是否位于产生这个帧 的网段中。如果是，网桥就不把帧前向转发 到其它的网桥端口。这是一个过滤的例子。 如果帧的目标地址位于另一个网段，网桥就 将帧发往正确的网段。这就是所谓的前向转 发。网桥具有过滤和转发功能，因此起到网 络隔离的作用。

“本地”桥和“远地”桥 将局域网分段成子网，从而 降低了数据传输的瓶颈，这 样的网桥叫“本地“桥。 用于广域网上的网桥叫“远 地”桥。

网桥的功能(1)帧的接收与发送 (2)缓存管理 (3)差错控制

帧格式转换网桥 各LAN的MAC子层执行不同的网络协议，它 们之间存在着帧格式不同、帧最大长度不同、 数据传输速率不同等差异。当用网桥连接不 同的LAN时，它必须能够对帧进行转换处理； 必须能够协调不同LAN的最大帧长度；必须有 足够的缓冲空间，以便进行速率的匹配，避 免拥挤现象。 能够进行不同帧格式、不同帧长度和不同数 据传输速率等参数匹配的网桥就是帧格式转 换网桥。对于各种LAN在帧格式、帧长度及传 输速率等方面的差异，帧格式转换网桥可通 常采用封装和转换的方法进行处理。

透明网桥 透明网桥的基本思想是：网桥自动了解每个端口 所接网段的MAC地址，形成一个地址映像表，网桥每 次转发帧时，先查地址映像表，如查到，则向相应端 口转发，否则，向除接收端口之外的所有端口转发或 扩散。网桥收到数据帧后,要确定是转发还是抛弃该

帧。 转发帧时，根据扩散式路选算法进行。该算法具有隔

离和自学习功能。 透明网桥的“自学习”功能：网桥记录每个输入 帧的源节点地址和源LAN标识，并以此来建立或更新

站表，此后可通过查询站表选择适当的路径来转发帧。

透明网桥的路选方法 当某帧到达某网桥时，检查站表中是否有该帧的目的地址： 若有，且目的地址在桥入口端的LAN中，则丢弃该帧； 若有，且目的地址不在桥入口端的LAN中，则网桥按站表指

定的端口转发该帧； 若没有，则使用扩散法转发该帧，同时登记该帧信息于网桥 站表中 如图，网桥1检查到来自节点H的数据帧都通过LAN2到达本网桥， 桥1就知道凡是发往节点H的数据帧必须经过LAN2,记录于桥 1站表中。因此凡是LAN1发往节点H的数据帧，桥1根据站表 转发至LAN2,但凡是来自LAN2、目的地址为节点H的帧，桥1

则丢弃。

两网桥互连四个局域网LAN 2A D I J

网桥1B C E F LAN 1 G

网桥2K LAN 4

H

LAN 3

源路径选择网桥 源路径选择网桥的路径选择算法：每个发送站都知 道所发送的帧是发送给本地还是其他网络的。当发 送给其他网络时，则将目的地址的高位设置为1,并 将该帧传输的确切路径包含在该帧的帧头中。 数据帧传输的确切路径是由网桥号和LAN号相隔排列的序列组成，如从节点A到节点H的路径：LAN1,桥1, LAN2,桥2,LAN3。 源路由网桥的优点是可以选择最佳路径；缺点是互 连网络规模较大时，容易因广播帧的增加而产生拥

挤现象。

网桥的类型 网桥按其路由可分为前面介绍的帧 格式转换网桥、透明网桥和源路由 选择网桥；按网桥是建立在服务器 和是工作站上区分，有内部网桥和 外部网桥；按网桥所连接的LAN所在 地域的远近区分有远程网桥和本地 网桥。

内部网桥和外部网桥 内部网桥：建立在文件服务器上的网桥，即网桥软件安装在文件服务器上，并作

为其一部分运行。 外部网桥：建立在客户机上的网桥，即

网桥软件安装在客户机上。

交换机( Switching ) 交换 switching 是按照通信两 端传输信息的需要，用人工或 设备自动完成的方法，把要传 输的信息送到符合要求的相应 路由上的技术统称。

交换机起源 交换和交换机最早起源于电话通讯系统 (PSTN),我们现在还能在老电影中看 到这样的场面：首长(主叫用户)拿起 话筒来一阵猛摇，局端是一排插满线头 的机器，戴着耳麦的话务员接到连接要 求后，把线头插在相应的出口，为两个 用户端建立起连接，直到通话结束。这 个过程就是通过人工方式建立起来的交 换。当然现在我们早已普及了程控交

换 机，交换的过程都是自动完成。

交换机工作在数据链路层。 在计算机网络系统中，交换概念的提出是对 于共享工作模式的改进。HUB集线器就是一种 共享设备，HUB本身不能识别目的地址，当同 一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数 据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传 输的，由每一台终端通过验证数据包头的地 址信息来确定是否接收。也就是说，在这种 工作方式下，同一时刻网络上只能传输一组 数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试。这 种方式就是共享网络带宽。

交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。 交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制 电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址 对照表以确定目的MAC(网卡的硬件地址)的NIC(网 卡)挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数 据包传送到目的端口，目的MAC若不存在才广播到所 有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地 址，并把它添加入内部地址表中。 使用交换机也可以把网络“分段”,通过对照地 址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通 过交换机的过滤和转发，可以有效的隔离广播风暴， 减少误包和错包的出现，避免共享冲突。