不同部门的业务目标不同，对网络的安全、带宽、管理策略需求不同，单个LAN无法实现差异化管理地理范围分散：主机可能在地理上分布较远，而以太网的传输距离具有物理上限，单个LAN无法覆盖跨地域的场景负载适配需求：单个共享LAN的主机越多，冲突概率越高，带宽利用率越低最远两台主机之间的物理距离可能超过了单LAN的最大传输距离为了提升网络的性能网桥可以实现LAN之间的基础隔离，提升网络的安全性网桥的基本工作机制网桥的基本转发流程网桥是在数据链路层MAC子层工作的设备，其核心功能是连接不同的局域网，实现跨LAN的帧转发 网桥工作在MAC子层，只处理二层的MAC帧，不修改上层的LLC内容和数据包，这是它能实现跨LAN透明转发的核心基础跨类型LAN互联的核心问题网桥不仅能连接相同类型的LAN，还能连接不同的802.X系列LAN，但必须解决一些核心的兼容问题：帧格式差异、传输速率差异、最大帧长差异、安全策略差异、QoS策略差异透明网桥的核心原理核心定义局域网内的所有主机，完全感觉不到网桥的存在。我们不需要对主机的硬件、软件、地址做任何修改，只需要把网桥接入LAN，它就能自动完成转发工作。两个基础工作特性：工作在混杂模式，会接受自己所有端口上收到的每一个帧，不做任何过滤核心决策逻辑：收到一个帧后，必须决定是直接丢弃还是转发；如果转发，要发到哪一个LAN/端口，决策的依据是网桥内部的MAC地址哈希表网桥的核心机制透明网桥要正常工作，必须解决两个核心问题：问题1：怎么知道哪个主机在哪个端口？——逆向学习（backward learning）问题2：不知道主机在哪个端口时，怎么转发？——泛洪（flooding）逆向学习：自动构建MAC地址转发表网桥内部的核心表项时MAC地址转发表，存储MAC地址->对应网桥端口的映射关系。这张表是网桥通过逆向学习自动生成的。核心规则：当一个帧从网桥的某一个端口进入时，网桥会提取帧的源MAC地址并记录：这个MAC地址对应的主机，在该端口连接的LAN里，随后将这个映射关系写入转发表
机制逻辑：帧能从这个端口进来，说明这个端口能到达源主机，反过来，未来要给这个MAC地址发帧，就应该从这个端口转发出去泛洪：未知目的地址的转发方案当网桥收到一个帧，查询转发表后，发现目标的MAC地址不在表中（不知道主机在哪个端口），就会执行泛洪操作核心规则：把这个帧，从除了接收端口之外的所有其他端口全部转发出去，保证目的主机一定能收到这个帧
机制逻辑：泛洪是对逆向学习的补充，逆向学习只能学习到已经发送过的帧的主机地址，对于从未发送帧的未知主机，只能通过泛洪保证可靠性动态拓扑的适配：老化机制1.每个转发表项，都会记录对应帧的到达时间，每次收到同一个MAC地址的帧，就更新时间戳2.网桥会定期扫描转发表，清除超过一定时间（一般为5分钟）没有更新的表项，避免过期的表项导致转发错误完整路由处理流程同端口丢弃：如果目的MAC地址对应的端口和帧的接收端口是同一个，说明源主机和目的主机在同一个LAN内，不需要网桥转发，直接丢弃该帧已知地址单播转发：如果目的MAC地址在转发表中，且对应的端口和接收端口不同，就把帧仅转发到对应的目标端口未知地址泛洪：如果目的MAC地址不在转发表中，执行泛洪操作生成树网桥 Spanning tree bridge环路问题的起源为了提升网络的可靠性，企业网络中通常会部署冗余网桥：在两个LAN之间并联两个及以上的网桥，当其中一个故障时，另一个网桥可以继续工作，避免网络中断引发的逻辑环路问题：1.广播风暴：目的地址未知的帧，会在环路中被网桥无限次互相转发，瞬间占满所有链路的带宽，导致网络瘫痪2.转发表混乱：同一个MAC地址的帧，会从网桥的不同端口反复进入，导致转发表的表项不停刷新，网桥无法正常完成转发决策生成树协议 Spanning Tree Bridges, STP核心思想：在保留物理冗余拓扑的前提下，通过网桥之间的通信，在逻辑上构建一颗无环的生成树，保证任意两个LAN之间只有唯一的一条转发路径，其他冗余路径全部设置为堵塞状态构建流程：从整个网络中选取桥ID（优先级+MAC地址）最小的网桥，作为生成树的根节点以根桥为起点，计算每个网桥、每个LAN到根桥的最短路径每个非根桥选举一个离根桥最近的根端口，每个LAN选举一个离根桥最近的指定端口，这两类端口设置为转发状态，其余所有的端口设置为堵塞状态机制逻辑：STP完美解决了透明网桥的环路问题，同时保留了物理冗余的可能性，让网桥可以应用在大型、高可靠的企业网络中网桥的扩展应用：远程网桥实现方式：在每个需要互的 LAN上部署一个网桥，将成对的网桥通过点到点的专线连接起来，就可以实现跨城市、跨地域的LAN二层互联，把网桥的应用从本地园区网，扩展到了广域网场景网络设备辨析中继器 Repeaters工作层次：物理层核心功能：纯模拟设备，仅处理电信号，将一个电缆段的信号放大后，转发到另一个电缆段，仅用于延长传输距离核心特性：不识别帧、数据包、地址，仅识别电压信号，无任何隔离能力集线器 Hubs工作层次：物理层核心功能：多端口的中继器，帧从任意一个端口进入，就会被广播到所有其他端口核心特性：所有端口在同一个冲突域、同一个广播域，不识别MAC地址，所有端口必须工作在相同速率，无隔离能力网桥 Bridge工作层次：数据链路层（MAC子层）核心功能：连接两个或多个LAN，提取帧的目的MAC地址，通过转发表完成帧的转发策略核心特性：每个端口是一个独立的冲突域，可连接不同类型、不同速率的LAN，隔离冲突域，不隔离广播域交换机 Switches工作层次：数据链路层（MAC子层）核心功能：转发逻辑与网桥完全一致，基于MAC地址完成帧的二层转发核心特性：本质是多端口的高速硬件网桥，端口数量更多，通常用于直接连接终端主机；每个端口有独立的缓存，每个端口是独立的冲突域，全双工通信，无冲突，无需CSMA/CD路由器 Routers工作层次：网络层核心功能：收到数据包后，剥离二层帧头帧尾，提取IP包头的目的IP地址，通过路由表选择转发路径，重新封装二层帧后转发核心特性：既隔离冲突域，也隔离广播域，默认不转发广播帧，是跨网段通信的核心设备网关 Gateways工作层次：传输层、应用层核心分类与功能1.传输网管：连接使用不同面向连接传输协议的两台计算机，完成数据包的格式转换与转发2.应用网关：能识别并理解应用层数据的格式与内容，完成不同应用格式之间的翻译与转换虚拟局域网 Virtual LANVLAN的需求起源交换机所有端口都在同一个广播域里，随着网络规模的扩大，会带来三个核心问题：1.广播风暴风险；2.安全隔离能力弱；3.管理灵活性差、VLAN的核心定义VLAN（虚拟局域网），是在不改变网络物网络拓扑的前提下，通过软件配置，将一个物理的交换网络，逻辑上划分为多个虚拟的局域网每个VLAN是一个独立的广播域，不同VLAN之间默认二层隔离，无法直接通信，就像两个物理上完全独立的LAN一样VLAN的划分方式1.基于端口的划分核心规则：将交换机的一个或多个端口，划分为同一个VLAN，主机接入该端口，就属于对应的VLAN特点：配置简单、管理方便，是企业网络中最主流的划分方式2.基于MAC地址的划分核心规则：交换机维护MAC地址与VLAN的映射表，主机无论接入哪个端口，只要MAC地址不变，就属于对应的VLAN特点：适配移动办公场景，主机移动无语重新配置VLAN3.基于协议类型的划分核心规则：按帧的网络层协议类型划分VLAN，比如将IP主机划分为一个VLAN，其他协议的主机划分为另一个VLAN特点：需要跨层解析帧的payload，违背了网络分层的核心原则，实际应用少VLAN的核心优势：管理灵活、提升性能、增强安全