网桥(桥接器)
2022-11-26 11:53:33 
阿炯
桥接器（英语：network bridge），又称网桥，一种负责网络桥接（network bridging）的网络设备。桥接器将网络的多个网段在数据链路层（OSI模型第2层）连接起来（即桥接）。
桥接器有别于路由器。路由器允许多网络之间的独立通信，但又保持区隔，而桥接器则是将两个独立的网络连接起来，就如同单一网络。如果所桥接的网络有一个以上的区段是无线网络，则该设备称为无线桥接器。
网络桥接技术主要分为以下类型：用于以太网的“透明桥接”（或称学习型桥接、通透式桥接）；用于FDDI和令牌环的“源路由桥接”（SRB）；用于桥接不同介质类型之间数据的“转换桥接”（或称平移桥接，英语：Translational bridging）；以及源路由桥接和透明桥接之组合，允许在以太网和令牌环（英语：Token-Ring）的混合环境中进行通信的“源路由转换桥接”（SR / TLB）。
OSI七层模型数据流程
概括来说，网桥实现最重要的两点：
1）、MAC学习：学习MAC地址，起初，网桥是没有任何地址与端口的对应关系的，它发送数据，还是得想HUB一样，但是每发送一个数据，它都会关心数据包的来源MAC是从自己的哪个端口来的，由于学习，建立地址-端口的对照表(CAM表)。
2）、报文转发：每发送一个数据包，网桥都会提取其目的MAC地址，从自己的地址-端口对照表(CAM表)中查找由哪个端口把数据包发送出去。
特点
桥接器在功能上与集线器等其他用于连接网段的设备类似，不过后者工作在物理层（OSI模型第1层）。
网桥能够识别数据链路层中的数据帧，并将这些数据帧临时存储于内存，再重新生成信号作为一个全新的数据帧转发给相连的另一个网段（network segment）。由于能够对数据帧拆包、暂存、重新打包（称为存储转发机制 store-and-forward），网桥能够连接不同技术参数传输速率的数据链路，如连接10BASE-T与100BASE-TX。
数据帧中有一个位叫做FCS，用来通过CRC方式校验数据帧中的位。网桥可以检查FCS，将那些损坏的数据帧丢弃。
网桥在向其他网段转发数据帧时会做冲突检测控制。
网桥还能通过地址自学机制和过滤功能控制网络的流量，具有OSI第2层网络交换机功能。这称为transparent bridge，由DEC在1980年代发明[4]。其机制是网桥内部有一个数据库，最初没有数据。当网桥从一个网段收到一个数据帧，就会在数据库中登记（或者更新）数据帧的源地址属于这个网段，并检查数据包的目的地址。如果目的地址在数据库中属于另外一个网段，则网桥向该网段转发该数据帧；如果目的地址在数据库中没有记录，则网桥向除了源地址所在之外的其他所有网段转发（flood）该数据帧。
桥接器仅仅在不同网络之间有数据传输的时候才将数据转发到其他网络，不是像集线器那样对所有数据都进行广播。对于以太网，“桥接”这一术语正式的含义是指符合IEEE 802.1D标准的设备，即“网络切换”。桥接器可以分割网段，不似集线器仍是在为同一碰撞域，所以对带宽耗损较小。因桥接器透过其内之MAC表格，让发送帧不会通过，所以其称之为数据链接层操作之网络组件，可隔离碰撞。
若有通信频繁的机器，则应置于同区之内，否则性能将降低。
无线桥接
无线桥接（Wireless bridge）指的是用来连接两个或多个物理上或逻辑上（不同网络传输协议）分开的网络区段（例如不同局域网或是同一个局域网下的不同部分）的硬件组件。“桥”并不一定要是一个硬件设备，像一些操作系统如Windows、GNU/Linux、Mac OS X及FreeBSD等都提供了用来桥接不同数据链接层协议的软件，这在无线到有线的网络下很常见。在某种意义上，电脑使用操作系统桥接软件的作用就如同桥接器。
很多无线路由器及无线接入点提供了“桥接”及“中继”两种模式，两种模式产生的作用类似，不同点在于桥接模式连接两种不同网络传输协议，而中继模式则转送相同网络传输协议。
遵从IEEE 802.11标准的无线路由器、无线接入点及桥接器等都可作为无线桥接器。这些无线标准在多数国家都能使用免执照的无线频带。无线桥接设备需成对作用（点对点），两者分别在“桥”的两边。然而，一个中央设备可以同时有多个“桥”（点对多点）。
桥接可以经由无线分散系统来达成，该系统会在两点或多点之间创建一个第二层无线桥接器。桥接的无线设备需要设置相同的服务设置标识符（SSID）以及相同的无线通道，而这些设备可以轮流形成“接入点-客户端”的关系来完成桥接。
在国际标准化组织的OSI模型中，数据包穿越网络层的设备称为路由器，而数据包穿越数据链接层的仅被认为是桥接器。
桥接一直以来是指资料不穿越网络堆栈（如TCP/IP）的传播。“无线桥接器”是一个口语化的名词。对于连接两个局域网，比较精确的叙述应该是：“(无线的)局域网到局域网的桥接”。这样的区别很重要，因为设备可能无法支持经由一个远程无线网络接入点来桥接两个局域网，一个能支持真正桥接的无线接入点可能蛮值得向往的：数据包不需经由网络传输协议堆栈、防火墙或其他网络抽象而穿越无线介质到有线网络。两个被桥接的网络可以视为同一个IP子网。
透明桥接
透明桥接使用一个称为转发信息库的表来控制网段之间的帧转发。该表开始时是空的，当桥接器接收到帧时，就会增加纪录。如果在表中没有找到目标地址纪录，那么帧将被泛洪(flood)到桥接器除接收端口以外的网段。
简单桥接：简单网桥会通过透明桥接的操作方式，将两个网段连接起来，通常是逐帧决定是否从一个网络转发到另一个网络。存储和转发技术通常用于转发，在转发过程中，帧完整性会在源网络上得到验证，CSMA / CD延迟也在目标网络上被容纳。 与仅扩展网段最大跨度的中继器不同，网桥只转发需要跨越网桥的帧。此外，网桥会通过在网桥的两端创建独立碰撞域来减少碰撞。
多端口桥接：多端口网桥会连接多个网络，并以透明桥接的方式运行，在逐帧的基础上决定是否转发流量。此外，多端口网桥必须决定将流量转发到哪里。与简单网桥一样，多端口网桥通常采用存储和转发操作。多端口网桥也是网络交换机的基础。
在Linux里面使用网桥非常简单，仅需要做两件事情就可以配置了。其一是在编译内核里把CONFIG_BRIDGE或CONDIG_BRIDGE_MODULE编译选项打开；其二是安装brctl工具。也即第一步是使内核协议栈支持网桥，第二步是安装用户空间工具，通过一系列的ioctl调用来配置网桥。
Linux内核支持网口的桥接(目前只支持以太网接口)，与单纯的交换机不同，交换机只是一个二层设备，对于接收到的报文，要么转发、要么丢弃。小型的交换机里面只需要一块交换芯片即可，并不需要CPU。而运行着linux内核的机器本身就是一台主机，有可能就是网络报文的目的地。其收到的报文除了转发和丢弃，还可能被送到网络协议栈的上层(网络层)，从而被自己消化。
Linux内核是通过一个虚拟的网桥设备来实现桥接的，这个虚拟设备可以绑定若干个以太网接口设备，从而将它们桥接起来。Linux机器有4个网卡，分别是eth0~eth4，其中eth0用于连接外网，而eth1, eth2, eth3都连接到一台PC机，用于配置网桥。只需要用下面的命令就可以完成网桥的配置：
brctl addbr br0 (建立一个网桥br0, 同时在Linux内核里面创建虚拟网卡br0)
brctl addif br0 eth1
brctl addif br0 eth2
brctl addif br0 eth3 (分别为网桥br0添加接口eth1, eth2和eth3)
其中br0作为一个网桥，同时也是虚拟的网络设备，它即可以用作网桥的管理端口，也可作为网桥所连接局域网的网关，具体情况视你的需求而定。要使用br0接口时，必需为它分配IP地址，为正常工作，与br0交互的IP地址(与eth[1-3]相连接的)要分配在同一个网段。
网络基础知识
网络协议
在用手机连接上网的时候，会用到许多网络协议。从手机连接 WiFi 开始，使用的是 802.11 （即 WLAN ）协议，通过 WLAN 接入网络；手机自动获取网络配置，使用的是 DHCP 协议，获取配置后手机才能正常通信。这时手机已经连入局域网，可以访问局域网内的设备和资源，但还不能使用互联网应用，例如：微信、抖音等。想要访问互联网，还需要在手机的上联网络设备上实现相关协议，即在无线路由器上配置 NAT、 PPPOE 等功能，再通过运营商提供的互联网线路把局域网接入到互联网中，手机就可以上网玩微信、刷抖音了。
局域网 ：小范围内的私有网络，一个家庭内的网络、一个公司内的网络、一个校园内的网络都属于局域网。
广域网：把不同地域的局域网互相连接起来的网络。运营商搭建广域网实现跨区域的网络互连。
互联网：互联全世界的网络。互联网是一个开放、互联的网络，不属于任何个人和任何机构，接入互联网后可以和互联网的任何一台主机进行通信。
简单来说，就是手机、无线路由器等设备通过多种网络协议实现通信。网络协议就是为了通信各方能够互相交流而定义的标准或规则，设备只要遵循相同的网络协议就能够实现通信。那网络协议又是谁规定的呢？ISO 制定了一个国际标准 OSI ， 其中的 OSI 参考模型常被用于网络协议的制定。
OSI 参考模型
OSI 参考模型将网络协议提供的服务分成 7 层，并定义每一层的服务内容，实现每一层服务的是协议，协议的具体内容是规则。上下层之间通过接口进行交互，同一层之间通过协议进行交互。OSI 参考模型只对各层的服务做了粗略的界定，并没有对协议进行详细的定义，但是许多协议都对应了 7 个分层的某一层。所以要了解网络，首先要了解 OSI 参考模型。
应用层
OSI参考模型的第 7 层（最高层）。应用程序和网络之间的接口，直接向用户提供服务。应用层协议有电子邮件、远程登录等协议。
表示层
OSI参考模型的第 6 层。负责数据格式的互相转换，如编码、数据格式转换和加密解密等。保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。
会话层
OSI参考模型的第 5 层。主要是管理和协调不同主机上各种进程之间的通信（对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。
传输层
OSI参考模型的第 4 层。为上层协议提供通信主机间的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。只在通信主机上处理，不需要在路由器上处理。
网络层
OSI参考模型的第 3 层。在网络上将数据传输到目的地址，主要负责寻址和路由选择。
数据链路层
OSI参考模型的第 2 层。负责物理层面上两个互连主机间的通信传输，将由 0、1组成的比特流划分成数据帧传输给对端，即数据帧的生成与接收。通信传输实际上是通过物理的传输介质实现的。数据链路层的作用就是在这些通过传输介质互连的设备之间进行数据处理。
网络层与数据链路层都是基于目标地址将数据发送给接收端的，但是网络层负责将整个数据发送给最终目标地址， 而数据链路层则只负责发送一个分段内的数据。
物理层
OSI参考模型的第 1 层（最底层）。负责逻辑信号（比特流）与物理信号（电信号、光信号）之间的互相转换，通过传输介质为数据链路层提供物理连接。
TCP/IP 参考模型
由于 OSI 参考模型把服务划得过于琐碎，先定义参考模型再定义协议，有点理想化。TCP/IP 模型则正好相反，通过已有的协议归纳总结出来的模型，成为业界的实际网络协议标准。
TCP/IP 是有由 IETF 建议、推进其标准化的一种协议，是 IP 、 TCP 、 HTTP 等协议的集合。TCP/IP 是为使用互联网而开发制定的协议族，所以互联网的协议就是 TCP/IP 。
先介绍下 TCP/IP 与 OSI 分层之间的对应关系，以及 TCP/IP 每层的主要协议。
网络接入层
TCP/IP 是以 OSI 参考模型的物理层和数据链路层的功能是透明的为前提制定的，并未对这两层进行定义，所以可以把物理层和数据链路层合并称为网络接入层。网络接入层是对网络介质的管理，定义如何使用网络来传送数据。但是在通信过程中这两层起到的作用不一样，所以也有把物理层和数据链路层分别称为硬件、网络接口层。TCP/IP 分为四层或者五层都可以，只要能理解其中的原理即可。
设备之间通过物理的传输介质互连， 而互连的设备之间使用 MAC 地址实现数据传输。采用 MAC 地址，目的是为了识别连接到同一个传输介质上的设备。
网络层
相当于 OSI 模型中的第 3 层网络层，使用 IP 协议。IP 协议基于 IP 地址转发分包数据，作用是将数据包从源地址发送到目的地址。
TCP/IP 分层中的网络层与传输层的功能通常由操作系统提供，路由器就是通过网络层实现转发数据包的功能。
网络传输中，每个节点会根据数据的地址信息，来判断该报文应该由哪个网卡发送出去。各个地址会参考一个发出接口列表， MAC 寻址中所参考的这张表叫做 MAC 地址转发表，而 IP 寻址中所参考的叫做路由控制表。MAC 地址转发表根据自学自动生成。路由控制表则根据路由协议自动生成。MAC 地址转发表中所记录的是实际的 MAC 地址本身，而路由表中记录的 IP 地址则是集中了之后的网络号（即网络号与子网掩码）。
IP
IP 是跨越网络传送数据包，使用 IP 地址作为主机的标识，使整个互联网都能收到数据的协议。IP 协议独立于底层介质，实现从源到目的的数据转发。IP 协议不具有重发机制，属于非可靠性传输协议。
ICMP
用于在 IP 主机、路由器之间传递控制消息，用来诊断网络的健康状况。
ARP
从数据包的 IP 地址中解析出 MAC 地址的一种协议。
传输层
相当于 OSI 模型中的第 4 层传输层，主要功能就是让应用程序之间互相通信，通过端口号识别应用程序，使用的协议有面向连接的 TCP 协议和面向无连接的 UDP 协议。
面向连接是在发送数据之前， 在收发主机之间连接一条逻辑通信链路。好比平常打电话，输入完对方电话号码拨出之后，只有对方接通电话才能真正通话，通话结束后将电话机扣上就如同切断电源。
面向无连接不要求建立和断开连接。发送端可于任何时候自由发送数据。如同去寄信，不需要确认收件人信息是否真实存在，也不需要确认收件人是否能收到信件，只要有个寄件地址就可以寄信了。
TCP
TCP 是一种面向有连接的传输层协议，能够对自己提供的连接实施控制。适用于要求可靠传输的应用，例如文件传输。
UDP
UDP 是一种面向无连接的传输层协议，不会对自己提供的连接实施控制。适用于实时应用，例如：IP电话、视频会议、直播等。
应用层
相当于 OSI 模型中的第 5 - 7 层的集合，不仅要实现 OSI 模型应用层的功能，还要实现会话层和表示层的功能。HTTP、POP3、TELNE 、SSH、FTP、 SNMP都是应用层协议。
TCP/IP 应用的架构绝大多数属于客户端/服务端模型。提供服务的程序叫服务端， 接受服务的程序叫客户端。客户端可以随时发送请求给服务端。
HTTP
是 WWW 浏览器和服务器之间的应用层通信协议，所传输数据的主要格式是 HTML 。HTTP 定义高级命令或者方法供浏览器用来与Web服务器通信。
POP3
简单邮件传输协议，邮件客户端和邮件服务器使用。
TELNET 和 SSH
远程终端协议，用于远程管理网络设备。TELNET 是明文传输， SSH 是加密传输。
SNMP
简单网络管理协议，用于网管软件进行网络设备的监控和管理。
封装与解封装
通常，为协议提供的信息为包头部，所要发送的内容为数据。每个分层中，都会对所发送的数据附加一个头部，在这个头部中包含了该层必要的信息， 如发送的目标地址以及协议相关信息。在下一层的角度看，从上一分层收到的包全部都被认为是本层的数据。数据发送前，按照参考模型从上到下，在数据经过每一层时，添加协议报文头部信息，这个过程叫封装。
数据接收后，按照参考模型从下到上，在数据经过每一层时，去掉协议头部信息，这个过程叫解封装。
经过传输层协议封装后的数据称为段，经过网络层协议封装后的数据称为包，经过数据链路层协议封装后的数据称为帧，物理层传输的数据为比特。
TCP/IP 通信中使用 MAC 地址、 IP 地址、端口号等信息作为地址标识。甚至在应用层中，可以将电子邮件地址作为网络通信的地址。
实际数据传输举例
实际生活中，互联网是使用的 TCP/IP 协议进行网络连接的。我们以访问网站为例，看看网络是如何进行通信的。
发送数据包
访问 HTTP 网站页面时，打开浏览器，输入网址，敲下回车键就开始进行 TCP/IP 通信了。
应用程序处理
首先，应用程序中会进行 HTML 格式编码处理，相当于 OSI 的表示层功能。编码转化后，不一定会马上发送出去，相当于会话层的功能。在请求发送的那一刻，建立 TCP 连接，然后在 TCP 连接上发送数据。接下来就是将数据发送给下一层的 TCP 进行处理。
TCP 模块处理
TCP 会将应用层发来的数据顺利的发送至目的地。实现可靠传输的功能，需要给数据封装 TCP 头部信息。TCP 头部信息包括源端口号和目的端口号（识别主机上应用）、序号（确认哪部分是数据）以及校验和（判断数据是否被损坏）。随后封装了 TCP 头部信息的段再发送给 IP 。
IP 模块处理
IP 将 TCP 传过来的数据段当做自己的数据，并封装 IP 头部信息。IP 头部信息中包含目的 IP 地址和源 IP 地址，以及上层协议类型信息。
IP 包生成后，根据主机路由表进行数据发送。
网络接口处理
网络接口对传过来的 IP 包封装上以太网头部信息并进行发送处理。以太网头部信息包含目的 MAC 地址、源 MAC 地址，以及上层协议类型信息。然后将以太网数据帧通过物理层传输给接收端。发送处理中的 FCS 由硬件计算， 添加到包的最后。设置 FCS 的目的是为了判断数据包是否由于噪声而被破坏。
接收数据包
包的接收流程是发送流程的反向过程。
网络接口处理
收到以太网包后，首先查看头部信息的目的 MAC 地址是否是发给自己的包。如果不是发送给自己的包就丢弃。如果是发送给自己的包，查看上层协议类型是 IP 包，以太网帧解封装成 IP 包，传给 IP 模块进行处理。如果是无法识别的协议类型，则丢弃数据。
IP 模块处理
收到 IP 包后，进行类似处理。根据头部信息的目的 IP 地址判断是否是发送给自己包，如果是发送给自己的包，则查看上一层的协议类型。上一层协议是 TCP ，就把 IP 包解封装发送给 TCP 协议处理。
假如有路由器，且接收端不是自己的地址，那么根据路由控制表转发数据。
TCP 模块处理
收到 TCP 段后，首先查看校验和，判断数据是否被破坏。然后检查是否按照序号接收数据。最后检查端口号，确定具体的应用程序。
数据接收完毕后，发送一个 “ 确认回执 ” 给发送端。如果这个回执信息未能达到发送端，那么发送端会认为接收端没有接收到数据而一直反复发送。
数据被完整接收后，会把 TCP 段解封装发送给由端口号识别的应用程序。
应用程序处理
应用程序收到数据后，通过解析数据内容获知发送端请求的网页内容，然后按照 HTTP 协议进行后续数据交互。
网络构成
搭建一套网络涉及各种线缆和网络设备。下面介绍一些常见的硬件设备。硬件设备所说的层数是参照的 OSI 参考模型，而不是 TCP/IP 模型。
通信介质与数据链路
设备之间通过线缆进行连接。有线线缆有双绞线、光纤、串口线等。根据数据链路不同选择对应的线缆。传输介质还可以被分为电波、微波等不同类型的电磁波。
传输速率：单位为 bps ，是指单位时间内传输的数据量有多少。又称作带宽，带宽越大网络传输能力就越强。
吞吐量：单位为 bps ，主机之间实际的传输速率。吞吐量这个词不仅衡量带宽， 同时也衡量主机的 CPU 处理能力、 网络的拥堵程度、 报文中数据字段的占有份额等信息。
网卡
任一主机连接网络时，必须要使用网卡。可以是有线网卡，用来连接有线网络，也可以是无线网卡连接 WiFi 网络。每块网卡都有一个唯一的 MAC 地址，也叫做硬件地址或物理地址。
二层交换机
二层交换机位于 OSI 模型的第 2 层（数据链路层）。它能够识别数据链路层中的数据帧，并将帧转发给相连的另一个数据链路。
数据帧中有一个数据位叫做 FCS ，用以校验数据是否正确送达目的地。二层交换机通过检查这个值，将损坏的数据丢弃。
二层交换机根据 MAC 地址自学机制判断是否需要转发数据帧。
路由器/三层交换机
路由器是在 OSI 模型的第 3 层（网络层）上连接两个网络、并对报文进行转发的设备。二层交换机是根据 MAC 地址进行处理，而路由器 / 三层交换机则是根据 IP 地址进行处理的。因此 TCP/IP 中网络层的地址就成为了 IP 地址。
路由器可以连接不同的数据链路。比如连接两个以太网，或者连接一个以太网与一个无线网。家庭里面常见的无线路由器也是路由器的一种。
四至七层交换机
四至七层交换机负责处理 OSI 模型中从传输层至应用层的数据。以 TCP 等协议的传输层及其上面的应用层为基础，分析收发数据，并对其进行特定的处理。例如，视频网站的一台服务器不能满足访问需求，通过负载均衡设备将访问分发到后台多个服务器上，就是四至七层交换机的一种。还有带宽控制、广域网加速器、防火墙等应用场景。
小结
应用层设备有电脑、手机、服务器等。应用层设备不转发数据，它们是数据的源或目的，拥有应用层以下的各层功能。发送数据时，从上而下的顺序，逐层对数据进行封装，再通过以太网将数据发送出去。接收数据时，从下而上的顺序，逐层对数据进行解封装，最终恢复成原始数据。
数据链路层设备有二层交换机、网桥等。二层网络设备只转发数据，通过识别数据的 MAC 地址进行转发。二层交换机接收数据后，对数据最外层封装的以太网头部信息进行查看，看到数据的目的 MAC 地址后，把数据帧从对应端口发送出去。交换机并不会对数据帧进行解封装，只要知道 MAC 地址信息就可以正确地将数据转发出去。
网络层设备有路由器、三层交换机等。三层网络设备只转发数据，通过识别数据的 IP 地址进行转发。路由器接收数据后，首先查看最外层封装的以太网头部信息，当目的 MAC 地址是自己时，就会将以太网头部解封装，查看数据的 IP 地址。根据 IP 路由表做出转发决定时，路由器会把下一跳设备的 MAC 地址作为以太网头部的目的 MAC 地址，重新封装以太网头部并将数据转发出去。
转发数据的网络设备和应用层的数据，就像快递员和包裹一样。快递员根据目的地址运送包裹，不必了解包裹里的具体内容。
通过分层功能来区分网络设备已经不再适用，交换机集成三层路由功能就是三层交换机，无线AP集成路由器功能就是无线路由器。但是为了方便说明，通常是介绍单个设备的功能和原理。
参考资料（感谢网络技术平台作者Fox）：
图解TCP/IP - 竹下隆史
桥接器有别于路由器。路由器允许多网络之间的独立通信，但又保持区隔，而桥接器则是将两个独立的网络连接起来，就如同单一网络。如果所桥接的网络有一个以上的区段是无线网络，则该设备称为无线桥接器。
网络桥接技术主要分为以下类型：用于以太网的“透明桥接”（或称学习型桥接、通透式桥接）；用于FDDI和令牌环的“源路由桥接”（SRB）；用于桥接不同介质类型之间数据的“转换桥接”（或称平移桥接，英语：Translational bridging）；以及源路由桥接和透明桥接之组合，允许在以太网和令牌环（英语：Token-Ring）的混合环境中进行通信的“源路由转换桥接”（SR / TLB）。
OSI七层模型数据流程
概括来说，网桥实现最重要的两点：
1）、MAC学习：学习MAC地址，起初，网桥是没有任何地址与端口的对应关系的，它发送数据，还是得想HUB一样，但是每发送一个数据，它都会关心数据包的来源MAC是从自己的哪个端口来的，由于学习，建立地址-端口的对照表(CAM表)。
2）、报文转发：每发送一个数据包，网桥都会提取其目的MAC地址，从自己的地址-端口对照表(CAM表)中查找由哪个端口把数据包发送出去。
特点
桥接器在功能上与集线器等其他用于连接网段的设备类似，不过后者工作在物理层（OSI模型第1层）。
网桥能够识别数据链路层中的数据帧，并将这些数据帧临时存储于内存，再重新生成信号作为一个全新的数据帧转发给相连的另一个网段（network segment）。由于能够对数据帧拆包、暂存、重新打包（称为存储转发机制 store-and-forward），网桥能够连接不同技术参数传输速率的数据链路，如连接10BASE-T与100BASE-TX。
数据帧中有一个位叫做FCS，用来通过CRC方式校验数据帧中的位。网桥可以检查FCS，将那些损坏的数据帧丢弃。
网桥在向其他网段转发数据帧时会做冲突检测控制。
网桥还能通过地址自学机制和过滤功能控制网络的流量，具有OSI第2层网络交换机功能。这称为transparent bridge，由DEC在1980年代发明[4]。其机制是网桥内部有一个数据库，最初没有数据。当网桥从一个网段收到一个数据帧，就会在数据库中登记（或者更新）数据帧的源地址属于这个网段，并检查数据包的目的地址。如果目的地址在数据库中属于另外一个网段，则网桥向该网段转发该数据帧；如果目的地址在数据库中没有记录，则网桥向除了源地址所在之外的其他所有网段转发（flood）该数据帧。
桥接器仅仅在不同网络之间有数据传输的时候才将数据转发到其他网络，不是像集线器那样对所有数据都进行广播。对于以太网，“桥接”这一术语正式的含义是指符合IEEE 802.1D标准的设备，即“网络切换”。桥接器可以分割网段，不似集线器仍是在为同一碰撞域，所以对带宽耗损较小。因桥接器透过其内之MAC表格，让发送帧不会通过，所以其称之为数据链接层操作之网络组件，可隔离碰撞。
若有通信频繁的机器，则应置于同区之内，否则性能将降低。
无线桥接
无线桥接（Wireless bridge）指的是用来连接两个或多个物理上或逻辑上（不同网络传输协议）分开的网络区段（例如不同局域网或是同一个局域网下的不同部分）的硬件组件。“桥”并不一定要是一个硬件设备，像一些操作系统如Windows、GNU/Linux、Mac OS X及FreeBSD等都提供了用来桥接不同数据链接层协议的软件，这在无线到有线的网络下很常见。在某种意义上，电脑使用操作系统桥接软件的作用就如同桥接器。
很多无线路由器及无线接入点提供了“桥接”及“中继”两种模式，两种模式产生的作用类似，不同点在于桥接模式连接两种不同网络传输协议，而中继模式则转送相同网络传输协议。
遵从IEEE 802.11标准的无线路由器、无线接入点及桥接器等都可作为无线桥接器。这些无线标准在多数国家都能使用免执照的无线频带。无线桥接设备需成对作用（点对点），两者分别在“桥”的两边。然而，一个中央设备可以同时有多个“桥”（点对多点）。
桥接可以经由无线分散系统来达成，该系统会在两点或多点之间创建一个第二层无线桥接器。桥接的无线设备需要设置相同的服务设置标识符（SSID）以及相同的无线通道，而这些设备可以轮流形成“接入点-客户端”的关系来完成桥接。
在国际标准化组织的OSI模型中，数据包穿越网络层的设备称为路由器，而数据包穿越数据链接层的仅被认为是桥接器。
桥接一直以来是指资料不穿越网络堆栈（如TCP/IP）的传播。“无线桥接器”是一个口语化的名词。对于连接两个局域网，比较精确的叙述应该是：“(无线的)局域网到局域网的桥接”。这样的区别很重要，因为设备可能无法支持经由一个远程无线网络接入点来桥接两个局域网，一个能支持真正桥接的无线接入点可能蛮值得向往的：数据包不需经由网络传输协议堆栈、防火墙或其他网络抽象而穿越无线介质到有线网络。两个被桥接的网络可以视为同一个IP子网。
透明桥接
透明桥接使用一个称为转发信息库的表来控制网段之间的帧转发。该表开始时是空的，当桥接器接收到帧时，就会增加纪录。如果在表中没有找到目标地址纪录，那么帧将被泛洪(flood)到桥接器除接收端口以外的网段。
简单桥接：简单网桥会通过透明桥接的操作方式，将两个网段连接起来，通常是逐帧决定是否从一个网络转发到另一个网络。存储和转发技术通常用于转发，在转发过程中，帧完整性会在源网络上得到验证，CSMA / CD延迟也在目标网络上被容纳。 与仅扩展网段最大跨度的中继器不同，网桥只转发需要跨越网桥的帧。此外，网桥会通过在网桥的两端创建独立碰撞域来减少碰撞。
多端口桥接：多端口网桥会连接多个网络，并以透明桥接的方式运行，在逐帧的基础上决定是否转发流量。此外，多端口网桥必须决定将流量转发到哪里。与简单网桥一样，多端口网桥通常采用存储和转发操作。多端口网桥也是网络交换机的基础。
在Linux里面使用网桥非常简单，仅需要做两件事情就可以配置了。其一是在编译内核里把CONFIG_BRIDGE或CONDIG_BRIDGE_MODULE编译选项打开；其二是安装brctl工具。也即第一步是使内核协议栈支持网桥，第二步是安装用户空间工具，通过一系列的ioctl调用来配置网桥。
Linux内核支持网口的桥接(目前只支持以太网接口)，与单纯的交换机不同，交换机只是一个二层设备，对于接收到的报文，要么转发、要么丢弃。小型的交换机里面只需要一块交换芯片即可，并不需要CPU。而运行着linux内核的机器本身就是一台主机，有可能就是网络报文的目的地。其收到的报文除了转发和丢弃，还可能被送到网络协议栈的上层(网络层)，从而被自己消化。
Linux内核是通过一个虚拟的网桥设备来实现桥接的，这个虚拟设备可以绑定若干个以太网接口设备，从而将它们桥接起来。Linux机器有4个网卡，分别是eth0~eth4，其中eth0用于连接外网，而eth1, eth2, eth3都连接到一台PC机，用于配置网桥。只需要用下面的命令就可以完成网桥的配置：
brctl addbr br0 (建立一个网桥br0, 同时在Linux内核里面创建虚拟网卡br0)
brctl addif br0 eth1
brctl addif br0 eth2
brctl addif br0 eth3 (分别为网桥br0添加接口eth1, eth2和eth3)
其中br0作为一个网桥，同时也是虚拟的网络设备，它即可以用作网桥的管理端口，也可作为网桥所连接局域网的网关，具体情况视你的需求而定。要使用br0接口时，必需为它分配IP地址，为正常工作，与br0交互的IP地址(与eth[1-3]相连接的)要分配在同一个网段。
网络基础知识
网络协议
在用手机连接上网的时候，会用到许多网络协议。从手机连接 WiFi 开始，使用的是 802.11 （即 WLAN ）协议，通过 WLAN 接入网络；手机自动获取网络配置，使用的是 DHCP 协议，获取配置后手机才能正常通信。这时手机已经连入局域网，可以访问局域网内的设备和资源，但还不能使用互联网应用，例如：微信、抖音等。想要访问互联网，还需要在手机的上联网络设备上实现相关协议，即在无线路由器上配置 NAT、 PPPOE 等功能，再通过运营商提供的互联网线路把局域网接入到互联网中，手机就可以上网玩微信、刷抖音了。
局域网 ：小范围内的私有网络，一个家庭内的网络、一个公司内的网络、一个校园内的网络都属于局域网。
广域网：把不同地域的局域网互相连接起来的网络。运营商搭建广域网实现跨区域的网络互连。
互联网：互联全世界的网络。互联网是一个开放、互联的网络，不属于任何个人和任何机构，接入互联网后可以和互联网的任何一台主机进行通信。
简单来说，就是手机、无线路由器等设备通过多种网络协议实现通信。网络协议就是为了通信各方能够互相交流而定义的标准或规则，设备只要遵循相同的网络协议就能够实现通信。那网络协议又是谁规定的呢？ISO 制定了一个国际标准 OSI ， 其中的 OSI 参考模型常被用于网络协议的制定。
OSI 参考模型
OSI 参考模型将网络协议提供的服务分成 7 层，并定义每一层的服务内容，实现每一层服务的是协议，协议的具体内容是规则。上下层之间通过接口进行交互，同一层之间通过协议进行交互。OSI 参考模型只对各层的服务做了粗略的界定，并没有对协议进行详细的定义，但是许多协议都对应了 7 个分层的某一层。所以要了解网络，首先要了解 OSI 参考模型。
应用层
OSI参考模型的第 7 层（最高层）。应用程序和网络之间的接口，直接向用户提供服务。应用层协议有电子邮件、远程登录等协议。
表示层
OSI参考模型的第 6 层。负责数据格式的互相转换，如编码、数据格式转换和加密解密等。保证一个系统应用层发出的信息可被另一系统的应用层读出。
会话层
OSI参考模型的第 5 层。主要是管理和协调不同主机上各种进程之间的通信（对话），即负责建立、管理和终止应用程序之间的会话。
传输层
OSI参考模型的第 4 层。为上层协议提供通信主机间的可靠和透明的数据传输服务，包括处理差错控制和流量控制等问题。只在通信主机上处理，不需要在路由器上处理。
网络层
OSI参考模型的第 3 层。在网络上将数据传输到目的地址，主要负责寻址和路由选择。
数据链路层
OSI参考模型的第 2 层。负责物理层面上两个互连主机间的通信传输，将由 0、1组成的比特流划分成数据帧传输给对端，即数据帧的生成与接收。通信传输实际上是通过物理的传输介质实现的。数据链路层的作用就是在这些通过传输介质互连的设备之间进行数据处理。
网络层与数据链路层都是基于目标地址将数据发送给接收端的，但是网络层负责将整个数据发送给最终目标地址， 而数据链路层则只负责发送一个分段内的数据。
物理层
OSI参考模型的第 1 层（最底层）。负责逻辑信号（比特流）与物理信号（电信号、光信号）之间的互相转换，通过传输介质为数据链路层提供物理连接。
TCP/IP 参考模型
由于 OSI 参考模型把服务划得过于琐碎，先定义参考模型再定义协议，有点理想化。TCP/IP 模型则正好相反，通过已有的协议归纳总结出来的模型，成为业界的实际网络协议标准。
TCP/IP 是有由 IETF 建议、推进其标准化的一种协议，是 IP 、 TCP 、 HTTP 等协议的集合。TCP/IP 是为使用互联网而开发制定的协议族，所以互联网的协议就是 TCP/IP 。
先介绍下 TCP/IP 与 OSI 分层之间的对应关系，以及 TCP/IP 每层的主要协议。
网络接入层
TCP/IP 是以 OSI 参考模型的物理层和数据链路层的功能是透明的为前提制定的，并未对这两层进行定义，所以可以把物理层和数据链路层合并称为网络接入层。网络接入层是对网络介质的管理，定义如何使用网络来传送数据。但是在通信过程中这两层起到的作用不一样，所以也有把物理层和数据链路层分别称为硬件、网络接口层。TCP/IP 分为四层或者五层都可以，只要能理解其中的原理即可。
设备之间通过物理的传输介质互连， 而互连的设备之间使用 MAC 地址实现数据传输。采用 MAC 地址，目的是为了识别连接到同一个传输介质上的设备。
网络层
相当于 OSI 模型中的第 3 层网络层，使用 IP 协议。IP 协议基于 IP 地址转发分包数据，作用是将数据包从源地址发送到目的地址。
TCP/IP 分层中的网络层与传输层的功能通常由操作系统提供，路由器就是通过网络层实现转发数据包的功能。
网络传输中，每个节点会根据数据的地址信息，来判断该报文应该由哪个网卡发送出去。各个地址会参考一个发出接口列表， MAC 寻址中所参考的这张表叫做 MAC 地址转发表，而 IP 寻址中所参考的叫做路由控制表。MAC 地址转发表根据自学自动生成。路由控制表则根据路由协议自动生成。MAC 地址转发表中所记录的是实际的 MAC 地址本身，而路由表中记录的 IP 地址则是集中了之后的网络号（即网络号与子网掩码）。
IP
IP 是跨越网络传送数据包，使用 IP 地址作为主机的标识，使整个互联网都能收到数据的协议。IP 协议独立于底层介质，实现从源到目的的数据转发。IP 协议不具有重发机制，属于非可靠性传输协议。
ICMP
用于在 IP 主机、路由器之间传递控制消息，用来诊断网络的健康状况。
ARP
从数据包的 IP 地址中解析出 MAC 地址的一种协议。
传输层
相当于 OSI 模型中的第 4 层传输层，主要功能就是让应用程序之间互相通信，通过端口号识别应用程序，使用的协议有面向连接的 TCP 协议和面向无连接的 UDP 协议。
面向连接是在发送数据之前， 在收发主机之间连接一条逻辑通信链路。好比平常打电话，输入完对方电话号码拨出之后，只有对方接通电话才能真正通话，通话结束后将电话机扣上就如同切断电源。
面向无连接不要求建立和断开连接。发送端可于任何时候自由发送数据。如同去寄信，不需要确认收件人信息是否真实存在，也不需要确认收件人是否能收到信件，只要有个寄件地址就可以寄信了。
TCP
TCP 是一种面向有连接的传输层协议，能够对自己提供的连接实施控制。适用于要求可靠传输的应用，例如文件传输。
UDP
UDP 是一种面向无连接的传输层协议，不会对自己提供的连接实施控制。适用于实时应用，例如：IP电话、视频会议、直播等。
应用层
相当于 OSI 模型中的第 5 - 7 层的集合，不仅要实现 OSI 模型应用层的功能，还要实现会话层和表示层的功能。HTTP、POP3、TELNE 、SSH、FTP、 SNMP都是应用层协议。
TCP/IP 应用的架构绝大多数属于客户端/服务端模型。提供服务的程序叫服务端， 接受服务的程序叫客户端。客户端可以随时发送请求给服务端。
HTTP
是 WWW 浏览器和服务器之间的应用层通信协议，所传输数据的主要格式是 HTML 。HTTP 定义高级命令或者方法供浏览器用来与Web服务器通信。
POP3
简单邮件传输协议，邮件客户端和邮件服务器使用。
TELNET 和 SSH
远程终端协议，用于远程管理网络设备。TELNET 是明文传输， SSH 是加密传输。
SNMP
简单网络管理协议，用于网管软件进行网络设备的监控和管理。
封装与解封装
通常，为协议提供的信息为包头部，所要发送的内容为数据。每个分层中，都会对所发送的数据附加一个头部，在这个头部中包含了该层必要的信息， 如发送的目标地址以及协议相关信息。在下一层的角度看，从上一分层收到的包全部都被认为是本层的数据。数据发送前，按照参考模型从上到下，在数据经过每一层时，添加协议报文头部信息，这个过程叫封装。
数据接收后，按照参考模型从下到上，在数据经过每一层时，去掉协议头部信息，这个过程叫解封装。
经过传输层协议封装后的数据称为段，经过网络层协议封装后的数据称为包，经过数据链路层协议封装后的数据称为帧，物理层传输的数据为比特。
TCP/IP 通信中使用 MAC 地址、 IP 地址、端口号等信息作为地址标识。甚至在应用层中，可以将电子邮件地址作为网络通信的地址。
实际数据传输举例
实际生活中，互联网是使用的 TCP/IP 协议进行网络连接的。我们以访问网站为例，看看网络是如何进行通信的。
发送数据包
访问 HTTP 网站页面时，打开浏览器，输入网址，敲下回车键就开始进行 TCP/IP 通信了。
应用程序处理
首先，应用程序中会进行 HTML 格式编码处理，相当于 OSI 的表示层功能。编码转化后，不一定会马上发送出去，相当于会话层的功能。在请求发送的那一刻，建立 TCP 连接，然后在 TCP 连接上发送数据。接下来就是将数据发送给下一层的 TCP 进行处理。
TCP 模块处理
TCP 会将应用层发来的数据顺利的发送至目的地。实现可靠传输的功能，需要给数据封装 TCP 头部信息。TCP 头部信息包括源端口号和目的端口号（识别主机上应用）、序号（确认哪部分是数据）以及校验和（判断数据是否被损坏）。随后封装了 TCP 头部信息的段再发送给 IP 。
IP 模块处理
IP 将 TCP 传过来的数据段当做自己的数据，并封装 IP 头部信息。IP 头部信息中包含目的 IP 地址和源 IP 地址，以及上层协议类型信息。
IP 包生成后，根据主机路由表进行数据发送。
网络接口处理
网络接口对传过来的 IP 包封装上以太网头部信息并进行发送处理。以太网头部信息包含目的 MAC 地址、源 MAC 地址，以及上层协议类型信息。然后将以太网数据帧通过物理层传输给接收端。发送处理中的 FCS 由硬件计算， 添加到包的最后。设置 FCS 的目的是为了判断数据包是否由于噪声而被破坏。
接收数据包
包的接收流程是发送流程的反向过程。
网络接口处理
收到以太网包后，首先查看头部信息的目的 MAC 地址是否是发给自己的包。如果不是发送给自己的包就丢弃。如果是发送给自己的包，查看上层协议类型是 IP 包，以太网帧解封装成 IP 包，传给 IP 模块进行处理。如果是无法识别的协议类型，则丢弃数据。
IP 模块处理
收到 IP 包后，进行类似处理。根据头部信息的目的 IP 地址判断是否是发送给自己包，如果是发送给自己的包，则查看上一层的协议类型。上一层协议是 TCP ，就把 IP 包解封装发送给 TCP 协议处理。
假如有路由器，且接收端不是自己的地址，那么根据路由控制表转发数据。
TCP 模块处理
收到 TCP 段后，首先查看校验和，判断数据是否被破坏。然后检查是否按照序号接收数据。最后检查端口号，确定具体的应用程序。
数据接收完毕后，发送一个 “ 确认回执 ” 给发送端。如果这个回执信息未能达到发送端，那么发送端会认为接收端没有接收到数据而一直反复发送。
数据被完整接收后，会把 TCP 段解封装发送给由端口号识别的应用程序。
应用程序处理
应用程序收到数据后，通过解析数据内容获知发送端请求的网页内容，然后按照 HTTP 协议进行后续数据交互。
网络构成
搭建一套网络涉及各种线缆和网络设备。下面介绍一些常见的硬件设备。硬件设备所说的层数是参照的 OSI 参考模型，而不是 TCP/IP 模型。
通信介质与数据链路
设备之间通过线缆进行连接。有线线缆有双绞线、光纤、串口线等。根据数据链路不同选择对应的线缆。传输介质还可以被分为电波、微波等不同类型的电磁波。
传输速率：单位为 bps ，是指单位时间内传输的数据量有多少。又称作带宽，带宽越大网络传输能力就越强。
吞吐量：单位为 bps ，主机之间实际的传输速率。吞吐量这个词不仅衡量带宽， 同时也衡量主机的 CPU 处理能力、 网络的拥堵程度、 报文中数据字段的占有份额等信息。
网卡
任一主机连接网络时，必须要使用网卡。可以是有线网卡，用来连接有线网络，也可以是无线网卡连接 WiFi 网络。每块网卡都有一个唯一的 MAC 地址，也叫做硬件地址或物理地址。
二层交换机
二层交换机位于 OSI 模型的第 2 层（数据链路层）。它能够识别数据链路层中的数据帧，并将帧转发给相连的另一个数据链路。
数据帧中有一个数据位叫做 FCS ，用以校验数据是否正确送达目的地。二层交换机通过检查这个值，将损坏的数据丢弃。
二层交换机根据 MAC 地址自学机制判断是否需要转发数据帧。
路由器/三层交换机
路由器是在 OSI 模型的第 3 层（网络层）上连接两个网络、并对报文进行转发的设备。二层交换机是根据 MAC 地址进行处理，而路由器 / 三层交换机则是根据 IP 地址进行处理的。因此 TCP/IP 中网络层的地址就成为了 IP 地址。
路由器可以连接不同的数据链路。比如连接两个以太网，或者连接一个以太网与一个无线网。家庭里面常见的无线路由器也是路由器的一种。
四至七层交换机
四至七层交换机负责处理 OSI 模型中从传输层至应用层的数据。以 TCP 等协议的传输层及其上面的应用层为基础，分析收发数据，并对其进行特定的处理。例如，视频网站的一台服务器不能满足访问需求，通过负载均衡设备将访问分发到后台多个服务器上，就是四至七层交换机的一种。还有带宽控制、广域网加速器、防火墙等应用场景。
小结
应用层设备有电脑、手机、服务器等。应用层设备不转发数据，它们是数据的源或目的，拥有应用层以下的各层功能。发送数据时，从上而下的顺序，逐层对数据进行封装，再通过以太网将数据发送出去。接收数据时，从下而上的顺序，逐层对数据进行解封装，最终恢复成原始数据。
数据链路层设备有二层交换机、网桥等。二层网络设备只转发数据，通过识别数据的 MAC 地址进行转发。二层交换机接收数据后，对数据最外层封装的以太网头部信息进行查看，看到数据的目的 MAC 地址后，把数据帧从对应端口发送出去。交换机并不会对数据帧进行解封装，只要知道 MAC 地址信息就可以正确地将数据转发出去。
网络层设备有路由器、三层交换机等。三层网络设备只转发数据，通过识别数据的 IP 地址进行转发。路由器接收数据后，首先查看最外层封装的以太网头部信息，当目的 MAC 地址是自己时，就会将以太网头部解封装，查看数据的 IP 地址。根据 IP 路由表做出转发决定时，路由器会把下一跳设备的 MAC 地址作为以太网头部的目的 MAC 地址，重新封装以太网头部并将数据转发出去。
转发数据的网络设备和应用层的数据，就像快递员和包裹一样。快递员根据目的地址运送包裹，不必了解包裹里的具体内容。
通过分层功能来区分网络设备已经不再适用，交换机集成三层路由功能就是三层交换机，无线AP集成路由器功能就是无线路由器。但是为了方便说明，通常是介绍单个设备的功能和原理。
参考资料（感谢网络技术平台作者Fox）：
图解TCP/IP - 竹下隆史