我是如何去分辨桥接与路由[通俗易懂]

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怎么更好地解释网络的路由模式和桥接模式？

在数据转发过程中，存在路由模式和桥接模式，这2种模式的定义是什么，实现的原理差异性如何？其中路由模式在虚拟机网络中是否就是NAT模式？

桥接（Bridging）

计算机和人一样，有沟通的需求。计算机要和其他计算机通信，首先要彼此连接起来。最简单的连接方式，就是用一根网线将两台连接起来，这根网线就是最原始的桥接（1.0版本）。A发给B的电信号，在网线里没有做任何处理，电信号原封未动到达B，对吗？

对，也不对。

说对的同学，是因为网线是一个管道，是一个信息载体，没有对信号动手动脚，信号自然应该没有任何改变。

说不对的同学，是因为任何载体，包括网线、空气，都会衰减信号，既然B接到的信号是衰减之后的信号，怎么能说信号原封未动呢？

对与不对不是特别重要，重要的是只要A与B之间的距离不是遥远，B能正确接收信号。

问题来了，如果A与B之间的距离比较遥远，差不多有1KM，B还能正确接收信号吗？

大概率不能，信号到达B的时候，衰减的已经不成人样了，B无法将其还原。

怎么办？

硬件工程师粉墨登场，在AB的中点位置放置一个信号放大器，一端用网线连接A，另一端用网线连接B，将从A接收到的衰减信号，信号放大之后发给B，B接收到的信号是不是更强，成功解码概率更高？

是的，硬件工程师还说了，如果一个信号放大器不够，可以在AB之间每间隔100米放置一个信号放大器，确保B正确接收概率为99.9999%+。这个信号放大器，就是升级版的桥接（2.0版本）。

信号放大器，唯一的作用，就是将信号的功率增强，使其传输得更远一些，我们称所有可以信号传输更远的设备为中继（Relay）设备。但这种中继设备有一个扩展性问题，只能同时连接两台设备。如果有更多设备需要互联，怎么办？

硬件工程师将信号放大器的2个端口，扩展为8、12、24口，这样就可以连接更多设备。这是个升级版的信号放大器，大多数读者都听说过它，但不一定使用过它。它的名字叫集线器，英文为Hub。

集线器的工作原理，和2个端口放大器是一样的。即从一个口接收到的信号，要无条件从其他端口发出，但在发出之前，需要对信号做功率放大。集线器是真正意义上的桥接设备（3.0版本）。

集线器是一个桥接域，同时也是一个冲突（Collision）域，冲突域是什么意思呢？

从上文描述可以看出，任何时刻只能有一个口的信号进入集线器，然后从其他口流出。如果有两个或两个以上的口的信号同时流入集线器，那么这两个或两个以上信号就叠加在一起，造成真正的接收方无法叠加的信号，将自己的信号还原出来，这种现象就是信号冲突。

为了能够检测信号冲突，并在必要的时候，重传因为信号冲突而发送失败的数据帧，计算机Ethernet网卡上默认启用了CSMA/CD机制。

一个24口的集线器，连接24台计算机，任何时刻只能有一个计算机可以发送数据帧，其他23台计算机只能默默等待。读者觉得这种设计科学吗？当然不科学，为什么24台计算机不能同时发送数据帧？

硬件工程师想了好久，掉了一缕秀发。如果集线器能够将进入的电信号，解调成0、1二级制数据，并临时储存起来。内部总线空闲，直接交换到出口。内部总线忙，耐心等待总线空闲，再将缓存地01数据调制成电信号，通过总线交换到出口。这样是不是就可以避免上文的数据帧的冲突？

好主意。这里有许多问题需要考虑。如果每个端口速率是100M，24口数据同时涌入，那么总线的速率需要≥2400M，否则有部分数据会缓存在入口，而入口的缓存有限，那么后续的数据帧由于没有足够的缓存空间而丢弃。

此外，还需要考虑多个端口进入的数据帧，同时从某一个端口流出。这样也会由于出口带宽有限，超出的数据帧将会被溢出丢弃。为了缓解由于突发（Burst）流量造成的流量溢出，每一个端口还配备了出向（Outbound）的缓存空间，用于给排队的数据帧临时使用。

这个设备就是交换机，它就是当前互联网以及局域网普遍使用的现代桥接设备（4.0版本）。文中的内部总线，厂商会有一个更好听的名字，叫交换矩阵（Switch Metrix）。交换机的入向、出向缓存，称之为Input Queue，Output Queue。

为何要将电信号先解调成01二级制数据再交换？为什么不能将直接电信号交换到出口，至少可以节省解调制、调制时间？

交换机需要读取数据帧的二层帧信息，比如读取目的MAC地址，用于指示数据帧的出口。读取源MAC地址，用于将MAC地址与端口一一绑定起来。

此外，现代交换机还会在二层（链路层/以太网层）与三层（网络层/IP层）插入VLAN信息，用于承载VLAN信息字段，称之为802.1Q。

如果不将电信号解调成01二进制数据，以上的信息获取将变成一个不可能完成的任务，毕竟交换机也是计算机，只认识0、1二进制信号，不认识其他什么电信号。

本文最后一个知识点，无论交换机设计的多么先进、高级，都无法避免由于多个端口流量汇聚到一个端口溢出丢弃，即尾丢（Tail Drop）。而在现网中，由于Micro-Burst而造成的溢出丢弃时时刻刻在发生，这是网络工程师需要深刻意识到的事件。究竟这个Micro-Burst是怎么一回事？ 取决于读者是否喜欢，读者喜欢才会考虑写下一篇。

推荐阅读这篇文章，学习无线必须经历的科普。

作者|车小胖谈网络|公众号