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網(wǎng)絡(luò)世界中兩個概念--路由、交換
來源： 日期：2013-12-18 13:59:43 人氣：標(biāo)簽：
網(wǎng)絡(luò)層次結(jié)構(gòu)
網(wǎng)絡(luò)參考模型的定義給出了清晰的功能層次劃分。 常被提及的是iso osi參考模型和tcp/ip協(xié)議簇。
國際標(biāo)準(zhǔn)化組織定義的osi參考模型將計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)按功能劃分為七個層次，這就是我們常說的七層模型或七層結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)功能分層的直接好處是這些層次可以各司其職，由不同廠家開發(fā)的不同層次的軟硬件設(shè)備可以配合使用。一個層次的設(shè)備更新或軟件重寫也不會影響到其它層次。tcp/ip協(xié)議體系中的各個層次和iso的參考模型有大致的對應(yīng)關(guān)系。如下圖所示：
osi中間一層，即第四層執(zhí)行傳輸功能，它負(fù)責(zé)提供從一臺計算機(jī)到另外一臺計算機(jī)之間的可靠數(shù)據(jù)傳輸。傳輸層(transport layer)是承上啟下的一層，在它的下面有三層，都是與數(shù)據(jù)傳輸相關(guān)的功能;上面也有三層，提供與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相關(guān)的功能。
osi下三層中。物理層(physical layer)負(fù)責(zé)實(shí)際的傳送數(shù)據(jù)信號，數(shù)據(jù)鏈路層(data link layer)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的幀傳輸，而網(wǎng)絡(luò)層(network layer)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)間的計算機(jī)尋址和數(shù)據(jù)傳輸。
osi上三層中。應(yīng)用層(application layer)是 高的層次，它負(fù)責(zé)提供用戶操作的界面，因特網(wǎng)中常用的電子郵件服務(wù)，文件傳輸服務(wù)等都是這一層提供的。表示層(presentation layer)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的表示，比如發(fā)送數(shù)據(jù)之前的加密，接收數(shù)據(jù)時的解密，中英文的翻譯等等都是這一層提供的功能。會話層(session layer)負(fù)責(zé)建立和終止網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸，計算機(jī)名字轉(zhuǎn)換成地址的工作也在這層完成。
傳統(tǒng)意義上的交換是第二層的概念。數(shù)據(jù)鏈路層的功能是在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部傳輸幀。所謂"網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部"是指這一層的傳輸不涉及網(wǎng)間的設(shè)備和網(wǎng)間尋址。通俗的理解，一個以太網(wǎng)內(nèi)的傳輸，一條廣域網(wǎng)專線上的傳輸都由數(shù)據(jù)鏈路層負(fù)責(zé)。所謂"幀"是指所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)，通常幀有幀頭和幀尾，頭中有源目二層地址，而幀尾中通常包含校驗(yàn)信息，頭尾之間的內(nèi)容即是用戶的數(shù)據(jù)。
數(shù)據(jù)鏈路層涵蓋的功能很多，所以又將它劃分為兩個子層， mac(media access control，介質(zhì)訪問控制)層和llc(logical link control，邏輯鏈路控制)層。常見的局域網(wǎng)和城域網(wǎng)的二層標(biāo)準(zhǔn)是ieee的802協(xié)議。而在廣域網(wǎng)中，hdlc(high-level data link control，高級鏈路控制)、ppp(point-to-point protocol，點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議)和frame relay(幀中繼)等協(xié)議都有廣泛的使用。
路由是第三層的概念。網(wǎng)絡(luò)層在internet中是 重要的，它的功能是端到端的傳輸，這里端到端的含義是無論兩臺計算機(jī)相距多遠(yuǎn)，中間相隔多少個網(wǎng)絡(luò)，這一層保障它們可以互相通信。例如我們常用的ping命令就是一個網(wǎng)絡(luò)層的命令，ping通了，就是指網(wǎng)絡(luò)層的功能正常了。通常，網(wǎng)絡(luò)層不保障通訊的可靠性，也就是說，雖然正常情況下數(shù)據(jù)可以到達(dá)目的地，但即便出現(xiàn)異常，網(wǎng)絡(luò)層也不作任何更正和恢復(fù)的工作。
網(wǎng)絡(luò)層常用的協(xié)議有ip、ipx、appletalk等等，其中ip協(xié)議更是internet的基石。在tcp/ip協(xié)議體系中，第三層的其他輔助協(xié)議還包括arp(地址解析) 、rarp(反向地址解析)、 icmp(網(wǎng)際報文控制)和igmp(組管理協(xié)議)等等。由于網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備都具有路徑選擇功能，所以我們經(jīng)常將 rip、ospf等路選協(xié)議也放在這一層討論。
交換談到交換的問題，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，如果網(wǎng)段上有四臺計算機(jī)a、b 、c和d，那么a與b通信的同時，c和d只能是被動的收聽。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，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，為了確保這兩個網(wǎng)段可以互相通信，需要用橋?qū)⑺鼈冞B接起來，橋是有兩塊網(wǎng)卡的計算機(jī)，如下圖所示：
在整個網(wǎng)絡(luò)剛剛啟動時，橋?qū)W(wǎng)絡(luò)的拓樸一無所知。這時，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)送這個信息。雖然做了一次無用的轉(zhuǎn)發(fā)，但通過這個過程，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)上的每一臺計算機(jī)都發(fā)送過數(shù)據(jù)之后，橋就是智能的了，它了解每一臺計算機(jī)在哪一個網(wǎng)段上。當(dāng)a再發(fā)送數(shù)據(jù)給b時，橋就不進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)了，與此同時，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。極限情況是每一臺計算機(jī)處在一個獨(dú)立的纜段上，如果網(wǎng)絡(luò)上有十臺計算機(jī)，就需要一個十端口的橋?qū)⑺鼈冞B接起來。但實(shí)現(xiàn)這樣一個橋不太現(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，如果網(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)，然后確定每一臺非根交換機(jī)到根交換機(jī)之間的路徑， 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)。
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