怎么更好地解釋網(wǎng)絡(luò)的路由模式和橋接模式？

在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程中，存在路由模式和橋接模式，這2種模式的定義是什么，實現(xiàn)的原理差異性如何？其中路由模式在虛擬機網(wǎng)絡(luò)中是否就是NAT模式？

橋接（Bridging）

計算機和人一樣，有溝通的需求。計算機要和其他計算機通信，首先要彼此連接起來。最簡單的連接方式，就是用一根網(wǎng)線將兩臺連接起來，這根網(wǎng)線就是最原始的橋接（1.0版本）。A發(fā)給B的電信號，在網(wǎng)線里沒有做任何處理，電信號原封未動到達B，對嗎？

對，也不對。

說對的同學(xué)，是因為網(wǎng)線是一個管道，是一個信息載體，沒有對信號動手動腳，信號自然應(yīng)該沒有任何改變。

說不對的同學(xué)，是因為任何載體，包括網(wǎng)線、空氣，都會衰減信號，既然B接到的信號是衰減之后的信號，怎么能說信號原封未動呢？

對與不對不是特別重要，重要的是只要A與B之間的距離不是遙遠，B能正確接收信號。

問題來了，如果A與B之間的距離比較遙遠，差不多有1KM，B還能正確接收信號嗎？

大概率不能，信號到達B的時候，衰減的已經(jīng)不成人樣了，B無法將其還原。

怎么辦？

硬件工程師粉墨登場，在AB的中點位置放置一個信號放大器，一端用網(wǎng)線連接A，另一端用網(wǎng)線連接B，將從A接收到的衰減信號，信號放大之后發(fā)給B，B接收到的信號是不是更強，成功解碼概率更高？

是的，硬件工程師還說了，如果一個信號放大器不夠，可以在AB之間每間隔100米放置一個信號放大器，確保B正確接收概率為99.9999%+。這個信號放大器，就是升級版的橋接（2.0版本）。

信號放大器，唯一的作用，就是將信號的功率增強，使其傳輸?shù)酶h一些，我們稱所有可以信號傳輸更遠的設(shè)備為中繼（Relay）設(shè)備。但這種中繼設(shè)備有一個擴展性問題，只能同時連接兩臺設(shè)備。如果有更多設(shè)備需要互聯(lián)，怎么辦？

硬件工程師將信號放大器的2個端口，擴展為8、12、24口，這樣就可以連接更多設(shè)備。這是個升級版的信號放大器，大多數(shù)讀者都聽說過它，但不一定使用過它。它的名字叫集線器，英文為Hub。

集線器的工作原理，和2個端口放大器是一樣的。即從一個口接收到的信號，要無條件從其他端口發(fā)出，但在發(fā)出之前，需要對信號做功率放大。集線器是真正意義上的橋接設(shè)備（3.0版本）。

集線器是一個橋接域，同時也是一個沖突（Collision）域，沖突域是什么意思呢？

從上文描述可以看出，任何時刻只能有一個口的信號進入集線器，然后從其他口流出。如果有兩個或兩個以上的口的信號同時流入集線器，那么這兩個或兩個以上信號就疊加在一起，造成真正的接收方無法疊加的信號，將自己的信號還原出來，這種現(xiàn)象就是信號沖突。

為了能夠檢測信號沖突，并在必要的時候，重傳因為信號沖突而發(fā)送失敗的數(shù)據(jù)幀，計算機Ethernet網(wǎng)卡上默認啟用了CSMA/CD機制。

一個24口的集線器，連接24臺計算機，任何時刻只能有一個計算機可以發(fā)送數(shù)據(jù)幀，其他23臺計算機只能默默等待。讀者覺得這種設(shè)計科學(xué)嗎？當(dāng)然不科學(xué)，為什么24臺計算機不能同時發(fā)送數(shù)據(jù)幀？

硬件工程師想了好久，掉了一縷秀發(fā)。如果集線器能夠?qū)⑦M入的電信號，解調(diào)成0、1二級制數(shù)據(jù)，并臨時儲存起來。內(nèi)部總線空閑，直接交換到出口。內(nèi)部總線忙，耐心等待總線空閑，再將緩存地01數(shù)據(jù)調(diào)制成電信號，通過總線交換到出口。這樣是不是就可以避免上文的數(shù)據(jù)幀的沖突？

好主意。這里有許多問題需要考慮。如果每個端口速率是100M，24口數(shù)據(jù)同時涌入，那么總線的速率需要≥2400M，否則有部分數(shù)據(jù)會緩存在入口，而入口的緩存有限，那么后續(xù)的數(shù)據(jù)幀由于沒有足夠的緩存空間而丟棄。

還需要考慮多個端口進入的數(shù)據(jù)幀，同時從某一個端口流出。這樣也會由于出口帶寬有限，超出的數(shù)據(jù)幀將會被溢出丟棄。為了緩解由于突發(fā)（Burst）流量造成的流量溢出，每一個端口還配備了出向（Outbound）的緩存空間，用于給排隊的數(shù)據(jù)幀臨時使用。

這個設(shè)備就是交換機，它就是當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)以及局域網(wǎng)普遍使用的現(xiàn)代橋接設(shè)備（4.0版本）。文中的內(nèi)部總線，廠商會有一個更好聽的名字，叫交換矩陣（Switch Metrix）。交換機的入向、出向緩存，稱之為Input Queue，Output Queue。

為何要將電信號先解調(diào)成01二級制數(shù)據(jù)再交換？為什么不能將直接電信號交換到出口，至少可以節(jié)省解調(diào)制、調(diào)制時間？

交換機需要讀取數(shù)據(jù)幀的二層幀信息，比如讀取目的MAC地址，用于指示數(shù)據(jù)幀的出口。讀取源MAC地址，用于將MAC地址與端口一一綁定起來。

現(xiàn)代交換機還會在二層（鏈路層/以太網(wǎng)層）與三層（網(wǎng)絡(luò)層/IP層）插入VLAN信息，用于承載VLAN信息字段，稱之為802.1Q。

如果不將電信號解調(diào)成01二進制數(shù)據(jù)，以上的信息獲取將變成一個不可能完成的任務(wù)，畢竟交換機也是計算機，只認識0、1二進制信號，不認識其他什么電信號。

本文最后一個知識點，無論交換機設(shè)計的多么先進、高級，都無法避免由于多個端口流量匯聚到一個端口溢出丟棄，即尾丟（Tail Drop）。而在現(xiàn)網(wǎng)中，由于Micro-Burst而造成的溢出丟棄時時刻刻在發(fā)生，這是網(wǎng)絡(luò)工程師需要深刻意識到的事件。究竟這個Micro-Burst是怎么一回事？ 取決于讀者是否喜歡，讀者喜歡才會考慮寫下一篇。

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