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路由和交换的基本概念简介

发布时间:2020-07-21 18:10:00 阅读: 来源:排焊机厂家

路由和交换是网络世界中两个重要的概念。传统的交换发生在网络的第二层,即数据链路层,而路由则发生在第三层,网络层。在新的网络中,路由的智能和交换的性能被有机的结合起来,三层交换机和多层交换机在园区网络中大量使用。本文将介绍一些路由和交换的基本概念,分为网络层次结构、交换、路由和全交换园区网络四个部分。

本文引用地址:网络层次结构

网络参考模型的定义给出了清晰的功能层次划分。最常被提及的是ISO OSI参考模型和TCP/IP协议簇。

国际标准化组织定义的OSI参考模型将计算机网络按功能划分为七个层次,这就是我们常说的七层模型或七层结构。网络功能分层的直接好处是这些层次可以各司其职,由不同厂家开发的不同层次的软硬件设备可以配合使用。一个层次的设备更新或软件重写也不会影响到其它层次。TCP/IP协议体系中的各个层次和ISO的参考模型有大致的对应关系。如下图所示:

OSI中间一层,即第四层执行传输功能,它负责提供从一台计算机到另外一台计算机之间的可靠数据传输。传输层(Transport Layer)是承上启下的一层,在它的下面有三层,都是与数据传输相关的功能;上面也有三层,提供与网络应用相关的功能。

OSI下三层中。物理层(Physical Layer)负责实际的传送数据信号,数据链路层(Data Link Layer)负责网络内部的帧传输,而网络层(Network Layer)负责网络间的计算机寻址和数据传输。

OSI上三层中。应用层(Application Layer)是最高的层次,它负责提供用户操作的界面,因特网中常用的电子邮件服务,文件传输服务等都是这一层提供的。表示层(Presentation Layer)负责数据的表示,比如发送数据之前的加密,接收数据时的解密,中英文的翻译等等都是这一层提供的功能。会话层(Session Layer)负责建立和终止网络的数据传输,计算机名字转换成地址的工作也在这层完成。

传统意义上的交换是第二层的概念。数据链路层的功能是在网络内部传输帧。所谓网络内部是指这一层的传输不涉及网间的设备和网间寻址。通俗的理解,一个以太网内的传输,一条广域网专线上的传输都由数据链路层负责。所谓帧是指所传输的数据的结构,通常帧有帧头和帧尾,头中有源目二层地址,而帧尾中通常包含校验信息,头尾之间的内容即是用户的数据。

数据链路层涵盖的功能很多,所以又将它划分为两个子层, MAC(Media Access Control,介质访问控制)层和LLC(Logical Link Control,逻辑链路控制)层。常见的局域网和城域网的二层标准是IEEE的802协议。而在广域网中,HDLC(High-level Data Link Control,高级链路控制)、PPP(Point-to-Point Protocol,点对点协议)和Frame Relay(帧中继)等协议都有广泛的使用。

路由是第三层的概念。网络层在Internet中是最重要的,它的功能是端到端的传输,这里端到端的含义是无论两台计算机相距多远,中间相隔多少个网络,这一层保障它们可以互相通信。例如我们常用的PING命令就是一个网络层的命令,PING通了,就是指网络层的功能正常了。通常,网络层不保障通讯的可靠性,也就是说,虽然正常情况下数据可以到达目的地,但即便出现异常,网络层也不作任何更正和恢复的工作。

网络层常用的协议有IP、IPX、APPLETALK等等,其中IP协议更是Internet的基石。在TCP/IP协议体系中,第三层的其他辅助协议还包括ARP(地址解析) 、RARP(反向地址解析)、 ICMP(网际报文控制)和IGMP(组管理协议)等等。由于网络互连设备都具有路径选择功能,所以我们经常将 RIP、OSPF等路选协议也放在这一层讨论。

交换

谈到交换的问题,从广义上讲,任何数据的转发都可以称作交换。当然,现在我们指的是狭义上的交换,仅包括数据链路层的转发。做网络的人理解交换大多是从交换机开始的,电路交换机在通信网中已经使用了几十年了,做帧交换的设备,尤其是以太网交换机的大规模使用则是近几年的事情。

理解以太网交换机的作用还要从网桥的原理讲起。传统以太网是共享型的,如果网段上有四台计算机A、B 、C和D,那么A与B通信的同时,C和D只能是被动的收听。假如将缆段分开(即微化),A、B在一段上,C、D在另一段上,那么A和B通信的同时,C和D也可以通信,这样原有10M的带宽从理论上讲就变成20M了。同时,为了确保这两个网段可以互相通信,需要用桥将它们连接起来,桥是有两块网卡的计算机,如下图所示:

在整个网络刚刚启动时,桥对网

络的拓朴一无所知。这时,假设A发送数据给B,因为网络是广播式的,所以桥也收到了,但桥不知到B在自己的左边还是右边,它就进行缺省的转发,即在另外一块网卡上发送这个信息。虽然做了一次无用的转发,但通过这个过程,桥学习到数据的发送者A在自己的左边。当网络上的每一台计算机都发送过数据之后,桥就是智能的了,它了解每一台计算机在哪一个网段上。当A再发送数据给B时,桥就不进行数据转发了,与此同时,C可以发送数据给D。

从上面的例子可以看出,桥可以减少网络冲突发生的几率,这就是我们使用桥的主要目的,称作减小冲突域。但桥并不能阻止广播,广播信息的隔绝要靠三层的连接设备,路由器。

按照缆段微化的思想,缆段越多,可用带宽就越高。极限情况是每一台计算机处在一个独立的缆段上,如果网络上有十台计算机,就需要一个十端口的桥将它们连接起来。但实现这样一个桥不太现实,软件转发的速度也跟不上,于是有了交换机,交换机就是将上述多端口的桥硬件或固件化,以达到更低的成本和更高的性能。

交换机的一个重要的功能是避免交换循环,这就涉及到了STP(Spanning Tree Protocol,分支树协议)。分支树协议的功能是避免数据帧在交换机构成的网络中循环传送。如下图所示,如果网络中有冗余链路的话,STP协议现选出根交换机(Route Bridge),然后确定每一台非根交换机到根交换机之间的路径,最后,将此路径上的所有链路置成转发(Forward)状态,其余的交换机之间的连接就是冗余链路,置为阻塞(Block)状态。

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