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路由和交換的基本概念( 二 )

云知道



交換　

談到交換的問(wèn)題，從廣義上講，任何數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)都可以稱作交換 。當(dāng)然，現(xiàn)在我們指的是狹義上的交換，僅包括數(shù)據(jù)鏈路層的轉(zhuǎn)發(fā) 。做網(wǎng)絡(luò)的人理解交換大多是從交換機(jī)開始的，電路交換機(jī)在通信網(wǎng)中已經(jīng)使用了幾十年了，做幀交換的設(shè)備，尤其是以太網(wǎng)交換機(jī)的大規(guī)模使用則是近幾年的事情 。

理解以太網(wǎng)交換機(jī)的作用還要從網(wǎng)橋的原理講起 。傳統(tǒng)以太網(wǎng)是共享型的，假如網(wǎng)段上有四臺(tái)計(jì)算機(jī)A、B 、C和D，那么A與B通信的同時(shí)，C和D只能是被動(dòng)的收聽 。假如將纜段分開（即微化），A、B在一段上，C、D在另一段上，那么A和B通信的同時(shí)，C和D也可以通信，這樣原有10M的帶寬從理論上講就變成20M了 。同時(shí)，為了確保這兩個(gè)網(wǎng)段可以互相通信，需要用橋?qū)⑺鼈冞B接起來(lái)，橋是有兩塊網(wǎng)卡的計(jì)算機(jī)，如下圖所示：　
在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)剛剛啟動(dòng)時(shí)，橋?qū)W(wǎng)絡(luò)的拓樸一無(wú)所知 。這時(shí)，假設(shè)A發(fā)送數(shù)據(jù)給B，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)是廣播式的，所以橋也收到了，但橋不知到B在自己的左邊還是右邊，它就進(jìn)行缺省的轉(zhuǎn)發(fā)，即在另外一塊網(wǎng)卡上發(fā)送這個(gè)信息 。雖然做了一次無(wú)用的轉(zhuǎn)發(fā)，但通過(guò)這個(gè)過(guò)程，橋?qū)W習(xí)到數(shù)據(jù)的發(fā)送者A在自己的左邊 。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上的每一臺(tái)計(jì)算機(jī)都發(fā)送過(guò)數(shù)據(jù)之后，橋就是智能的了，它了解每一臺(tái)計(jì)算機(jī)在哪一個(gè)網(wǎng)段上 。當(dāng)A再發(fā)送數(shù)據(jù)給B時(shí)，橋就不進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)了，與此同時(shí)，C可以發(fā)送數(shù)據(jù)給D 。

從上面的例子可以看出，橋可以減少網(wǎng)絡(luò)沖突發(fā)生的幾率，這就是我們使用橋的主要目的，稱作減小沖突域 。但橋并不能阻止廣播，廣播信息的隔絕要靠三層的連接設(shè)備，路由器 。

按照纜段微化的思想，纜段越多，可用帶寬就越高 。極限情況是每一臺(tái)計(jì)算機(jī)處在一個(gè)獨(dú)立的纜段上，假如網(wǎng)絡(luò)上有十臺(tái)計(jì)算機(jī)，就需要一個(gè)十端口的橋?qū)⑺鼈冞B接起來(lái) 。但實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)橋不太現(xiàn)實(shí)，軟件轉(zhuǎn)發(fā)的速度也跟不上，于是有了交換機(jī)，交換機(jī)就是將上述多端口的橋硬件或固件化，以達(dá)到更低的成本和更高的性能 。

交換機(jī)的一個(gè)重要的功能是避免交換循環(huán)，這就涉及到了STP（Spanning Tree Protocol，分支樹協(xié)議） 。分支樹協(xié)議的功能是避免數(shù)據(jù)幀在交換機(jī)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)中循環(huán)傳送 。如下圖所示，假如網(wǎng)絡(luò)中有冗余鏈路的話，STP協(xié)議現(xiàn)選出根交換機(jī)（Route Bridge），然后確定每一臺(tái)非根交換機(jī)到根交換機(jī)之間的路徑，最后，將此路徑上的所有鏈路置成轉(zhuǎn)發(fā)（Forward）狀態(tài)，其余的交換機(jī)之間的連接就是冗余鏈路，置為阻塞（Block）狀態(tài) 。
交換機(jī)的另外一個(gè)重要功能是VLAN（Virtual LAN，虛擬局域網(wǎng)） 。VLAN的好處主要有三個(gè)：　

? 端口的分隔 。即便在同一個(gè)交換機(jī)上，處于不同VLAN的端口也是不能通信的 。這樣一個(gè)物理的交換機(jī)可以當(dāng)作多個(gè)邏輯的交換機(jī)使用 。

? 網(wǎng)絡(luò)的安全 。不同VLAN不能直接通信，杜絕了廣播信息的不安全性 。

? 靈活的治理 。更改用戶所屬的網(wǎng)絡(luò)不必?fù)Q端口和聯(lián)線，只該軟件配置就可以了 。

VLAN可以按端口或MAC地址來(lái)劃分 。

有時(shí)，我們需要在交換機(jī)所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)上保持VLAN的配置的一致性 。這就需要交換機(jī)之間按照VTP（VLAN Trunk Protocol，VLAN骨干協(xié)議）交流VLAN信息 。VTP協(xié)議只在骨干端口（Trunk Port），即交換機(jī)之間的端口，上運(yùn)行 。

路由　

路由器是網(wǎng)絡(luò)間的連接設(shè)備，它重要工作之一是路徑選擇 。這個(gè)功能是路由器智能的核心，它是由治理員的配置和一系列的路由算法實(shí)現(xiàn)的 。

路由算法有動(dòng)靜之分，靜態(tài)路由是一種非凡的路由，它是由治理員手工設(shè)定的 。手工配置所有的路由雖然可以使網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，但是也會(huì)帶來(lái)一些局限性 。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)生變化之后，靜態(tài)路由不會(huì)自動(dòng)改變，必須有網(wǎng)絡(luò)治理員的介入 。缺省路由是靜態(tài)路由的一種，也是由治理員設(shè)置的 。在沒(méi)有找到目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的路由表項(xiàng)時(shí)，路由器將信息發(fā)送到缺省路由器（gateway of last resort） 。而動(dòng)態(tài)的算法，顧名思義，是由路由器自動(dòng)計(jì)算出的路由，常說(shuō)的RIP、OSPF等等都是動(dòng)態(tài)算法的典型代表 。

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