集线器与网桥的原理和作用

• 无源HUB是最低级的一种，不对信号做任何的处理，对介质的传输距离没有扩展，并且对信号有一定的影响。连接在这种HUB上的每台计算机，都能收到来自同一HUB上所有其它电脑发出的信号；
• 有源HUB与无源HUB的区别就在于它能对信号放大或再生，这样它就延长了两台主机间的有效传输距离；
• 智能HUB除具备有源HUB所有的功能外，还有网络管理及路由功能。在智能HUB网络中，不是每台机器都能收到信号，只有与信号目的地址相同地址端口计算机才能收到。有些智能HUB可自行选择最佳路径，这就对网络有很好的管理。（hzhsan: 个人感觉这里的智能hub就有点超出集线器的范畴了。）

1. 理解“网桥”的含义

    也有人把“网桥”比喻成一个聪明的中继器（Repeater）。因为中继器只是对所接收的信号进行放大，然后直接发送到另一个端口连接的电缆上，主要用于扩展网络的物理连接范围；而网桥除了可以扩展网络的物理连接范围外，还可以对MAC 地址进行分区，隔离不同物理网段之间的碰撞（也就是隔离“冲突域”）。集线器和中继器都是物理层设备，而网桥属于二层设备。

    我们经常听到这样的说法，那就是“网桥”是一种可连接不同网段的二层网络设备（二层交换机也一样），一个端口可以连接一个网段。所以很多人总在纳闷，网桥怎么能连接不同网段呢？其实这是因为大家对这里所说的“网段”并不理解。其实这里“网段”更准确地讲应该是叫“物理网段”，是指IP 地址属于同一网络地址段（也就是IP 地址中的网络ID一样），位于不同地理位置的不同LAN 分段，是基于物理意义上的地理区域进行划分的。我们常说的网段是指IP 地址属于不同网络地址段的网络或子网，是一个三层概念，其实这应该叫做逻辑网段，是基于逻辑意义上的网络地址进行划分的。（hzhsan:就是说这里的网段是物理网段，并不是我们平时说的IP网段，不关心三层上的概念）

    无论是网桥，还是二层交换机，虽然每个端口可以连接一个网段，但是它们所连接的主机都在同一网络，或者同一子网中。如连接的主机位于不同办公室或者不同办公楼中，则可采用同一网络地址的两个或多个小LAN，以组成一个可以统一管理的大LAN。但要注意的是，因为网桥只有两个端口，所以所连接的两个物理网段的主机通常就是由当时的集线器进行集中连接的（网桥端口通常不是直接连接主机的）。软件中通常所说的桥接（如VMware中的桥接工作模式）也就是网桥的作用，它连接的也是同一网络或子网中的两个网段。

    hzhsan疑问：网桥都是只有两个端口吗？应该可以有多个端口吧？

    hzhsan解答：基本网桥只有两个端口，还有一种网桥叫做多口网桥，多口网桥有多个端口。

2. 网桥工作原理解析

    前面说到了网桥具有两种主要特性：一是可基于物理网段的MAC 地址进行学习，二是可以隔离冲突域。下面通过一个示例来进行解析。

假设图5-34 中所示的物理网段1 和物理网段2 中的主机都是通过集线器集中连接的，则这样这两个物理网段各自形成一个冲突域，因为集线器是采用共享介质传输的，而网桥的背板信道不是共享的（每个端口的数据收发都有一条单独的信道），所以一个集线器就是一个冲突域。网桥的数据转发原理如图5-35 所示。下面是具体的解析。

    说明MAC 地址表也就是通常所说的CAM（Content Addressable Memory，内容可寻址存储器）表，保存的是对应MAC 地址主机与所连接的交换机端口的映射。这个映射表项可以由管理员手动绑定创建，也可以由交换机自动学习得到。在交换机上可以通过一些命令（如Cisco 交换机是使用show mac-address-table 命令）查看。下面是一个在交换机上查看MAC 地址和端口映射表的示例，其中列出了交换机中为CPU 分配的静态（static）MAC 地址和通过学习功能自动学习得到的动态（dynamic）MAC 地址，其中的Ports 列显示的是对应MAC 地址主机所连接的端口，VLAN 列则为对应主机连接端口所属的VLAN。

图5-35　网桥数据转发原理示意图

hzhsan: 上图的详细解析见下面的文字部分。详细易懂。