CCNA-桥接,交换，路由原理详解

一、什么是桥接

桥接工作在OSI网络参考模型的第二层数据链路层，是一种以MAC地址来作为判断依据来将网络划分成两个不同物理段的技术，其被广泛应用于早期的计算机网络当中。

我们都知道，以太网是一种共享网络传输介质的技术,在这种技术下，如果一台计算机发送数据的时候，在同一物理网络介质上的计算机都需要接收，在接收后分析目的MAC地址，如果是属于目的MAC地址和自己的MAC地址相同便进行封装提供给网络层，如果目的MAC地址不是自己的MAC地址，那么就丢弃数据包。

桥接的工作机制是将物理网络段（也就是常说的冲突域）进行分隔，根据MAC地址来判断连接两个物理网段的计算机的数据包发送。

下面，我们举个例子来为各位网友讲解：在下图中的网络结构中，有两台集线器分别连接多台计算机，我们分别将 A集线器和B集线器定为A冲突域和B冲突域。在这样的网络环境中，如果计算机A向计算机C发送数据包时，集线器A会将数据包在整个网络中的全部计算机（包括集线器B）发送一遍，而不管这些数据包是不是需要发送到另一台区域B。

我们再将集线器A和集线器B分别连接到网桥的两个端口上，如果计算机A再向计算机C发送数据包时会遇到什么样的情况呢？这时集线器A也是同样会将数据包在全网发送，当到达网桥后，网桥会进行数据包目的MAC地址的分析，然后对比自己学习到的MAC地址表，如果这个表中没有此MAC地址，网桥便会在两个网段上的发送数据包，同时会将计算机A的MAC地址记录在自己的表当中。

经过多次这样的记录，网桥会将所有的MAC地址记录，并划分为两个段。这时计算机A再次发送数据包给B的时候，因为这两台计算机同处在一个物理段位上，数据包到达网桥时，网桥会将目的MAC地址和自己的表进行对比，并且判断计算机A和计算机B在同一个段位上，便不会转发到区域B当中，而如果不在同一个物理段当中，网桥便会允许数据包通过网桥。

通过以上的例子我们了解到，网桥实际上是一种控制冲突域流量的设备。网桥现在基本上已经很少用到了，除了隔离冲突域以外，网桥还可以实现不同O类型网络的连接（令牌环网和以太网之间的连接）和网络的扩展（IEEE的5.4.3连接规则）等等功能。

二、什么是交换

交换同样工作在OSI网络参考模型的第二层数据链路层，也是一种以MAC地址来作为判断依据来将网络划分成两个不同段的技术，不同的是交换将物理网段划分到每一个端口当中，简单的理解就是一种多端口的网桥，它实际上是一种桥接技术的延伸。

在前面的了解当中，我们已经知道桥接是连接两个不同的物理网段（冲突域）的技术，交换是连接多个物理网段技术，典型的交换机通常都有多个端口，每个端口实际上就是一个网桥，当连接到交换机端口的计算机要发送数据包时，所有的端口都会判断这个数据包是否是发给自己的，如果不是就将其丢弃，这样就将冲突域的概念扩展到每个交换机端口上。

我们还是举例为大家说明，在下面的图中，我们可以看到计算机A、B分别连接到交换机的不同端口当中，当计算机A向B发送数据包时，假设这时A端口并没有学习到B端口的MAC地址，这时，A端口便会使用广播将数据包发送到除A端口以外的所有端口（广播域），当其他计算机接收到数据包后会与自己的MAC地址进行对比，然后简单的丢弃数据包；当B接收到数据包后，通过对比后接收数据包，并且记录源地址。通过反复这样的学习，交换机会构建一个基于所有端口的转发数据库，存储在交换机的内容可寻址存储器当中（CAM）。

在交换机学习到所有端口的信息后，计算机A再次发送数据包给B时，就不再广播地址，而是直接发送到转发数据库中所对应的B端口。通过这样的学习，在交换机上实现了微分段，每个连接到交换机端口的计算机都可以独享带宽。

三、什么是路由

路由工作在OSI参考模型的第三层网络层当中，它是基于第三层的IP地址信息来作为判断依据来将网络划分成不同段（IP子网）的技术，与桥接和交换不同，路由划分的是独立的逻辑网段，每个所连接的网段都具有独立的网络IP地址信息，而不是以MAC地址作为判断路径的依据，这样路由便有隔离广播的能力；而交换和桥接是划分物理网段，它们仅仅是将物理传输介质进行分段处理。同时路由具备路径选择的功能，会根据不同的目的IP地址来分析到达目的地最合适的路径。

在下图中，我们看到路由器所连接了三台交换机，这三台交换机分别被划分为三个不同的子网地址段：192.168.0.0、192.168.1.0、192.168.3.0。当计算机A向B发送数据包时，在不知道到达B的路径时，交换机A会将数据包在自己所在的段上全网广播，当到达路由器中，路由器便不会再广播这个数据包，它根据路由协议的规则来判断到达B应该选择将其转发到那个段上，这时便会将数据包转发到对应的IP地址段当中，而不广播到不需要这个数据包的C网段当中。如果路由器中没有规则定义到达目的IP地址的路径时，它会直接丢弃这个数据包。

路由器主要有路径选择和数据转发两个基本功能，但在很多场景下，路由器一般都承担着网关的角色。在国内，我们通常都是采用PPPOE拨号或者静态路由两种方式实现局域网共享上网。这时，路由器主要的功能是实现局域网和广域网之间的协议转换，这同样也是网关的主要用途。

四、三者之间的区别

1、位于参考模型的层数不同

在开放系统互联参考模型当中，网桥和交换机都是位于参考模型的第二层-数据链路层，而路由器则位于更高一层-网络层。

2、基于的路径判断条件不同

由于位于OSI参考模型的层数不同，所以使交换机、网关这两种设备判断路径的条件也不相同，网桥和交换机是根据端口的MAC地址来判断数据包转发，而路由器则使用IP地址来进行判断。

3、控制广播的能力不同

网桥和交换机（三层交换机或支持VLAN功能的除外）这两种设备是无法控制网络的广播，如果有广播数据包，就会向所有的端口转发，所以在大的网络环境当中，必须得要有路由器来控制网络广播。

4、智能化程度不同

在判断数据的时候，网桥只能判断是否在同一个物理网段，交换机则可以判断数据包是属于那个端口，但是这两种设备都没有选择最优路径的能力，而路由器基于IP地址判断路径，所以会根据IP地址信息来判断到达目的地的最优路径。

五、三者的不同应用场景及未来发展

在现实的应用环境当中，网桥已经基本上不会被使用了，在中小型的局域网当中，最常用到的组网设备便是交换机，是否选择路由器会根据网络的规模和功能来决定，在大型网络中，路由器是必须的，用来控制广播，但是由于技术的不断延伸，交换机也被集成了基于IP地址判断路径及控制广播的功能，所以，路由器现在逐步在被可路由式交换机所取代。

前面提到，路由器在很多场景下都是被用过网关，所以，随着宽带技术的迅速发展，在最末一公里，一种新兴的设备-宽带路由器将会逐步取代传统路由器来实现网络的接入功能。

相信通过上面的介绍，大家对于网桥、交换、路由及网关的功能有了更清晰的了解！