中繼器、集線器、網橋、交換機、路由器、網關的超全總結
2020-6-18新聞
有朋友問，通信的原理是什么？在了解通信原理之前，我們首先要對通信常用的設備進行熟悉，計算機網絡體系中，有幾樣通信設備或者說網絡名詞出現的頻率相當的高，它們是：中繼器、集線器、網橋、交換機、路由器和網關。其實，弄清楚這幾個計算機網絡的名詞并不困難，如果能以計算機網絡層次的概念給它們劃清界限的話，那就很容易把它們區(qū)分出來。那我現在就有條理地梳理一下它們各自的含義和作用，以及它們之間的聯系。
那我們首先看一下這些網絡設備分別處于計算機網絡的哪些層次：
一、中繼器
中繼器(Repeater)是連接網絡線路的一種裝置,常用于兩個網絡節(jié)點之間物理信號的雙向轉發(fā)工作。中繼器是最簡單的網絡互聯設備,主要完成物理層的功能,負責在兩個節(jié)點的物理層上按位傳遞信息,完成信號的復制、調整和放大功能,以此來延長網絡的長度。它在OSI參考模型中的位置物理層。
由于存在損耗, 在線路上傳輸的信號功率會逐漸衰減,衰減到一定程度時將造成信號失真,因此會導致接收錯誤。中繼器就是為解決這一問題而設計的。它完成物理線路的連接,對衰減的信號進行放大,保持與原數據相同。
中繼器是模擬設備，用于連接兩根電纜段。中繼器不理解幀、分組和頭的概念，他們只理解電壓值。
一句話總結：中繼器，就是簡單的信號放大器，信號在傳輸的過程中是要衰減的，中繼器的作用就是將信號放大，使信號能傳的更遠。
二、集線器
集線器（Hub）是中繼器的一種形式，區(qū)別在于集線器能夠提供多端口服務，也稱為多口中繼器。集線器在OSI／RM中的物理層。
一句話總結：集線器，差不多就是個多端口的中繼器，把每個輸入端口的信號放大再發(fā)到別的端口去，集線器可以實現多臺計算機之間的互聯，因為它有很多的端口，每個口都能連計算機。
三、網橋
網橋(Bridge)是一個局域網與另一個局域網之間建立連接的橋梁。網橋是屬于數據鏈路層的一種設備，它的作用是擴展網絡和通信手段，在各種傳輸介質中轉發(fā)數據信號，擴展網絡的距離，同時又有選擇地將現有地址的信號從一個傳輸介質發(fā)送到另一個傳輸介質，并能有效地限制兩個介質系統(tǒng)中無關緊要的通信。
一句話總結：網橋工作在數據鏈路層，將兩個LAN連起來，根據MAC地址來轉發(fā)幀，可以看作一個“低層的路由器”。
四、交換機 交換機（Swich)工作在第二層（即數據鏈路層），它要比集線器智能一些，它能分辨出幀中的源MAC地址和目的MAC地址，因此可以在任意兩個端口間建立聯系，在數據幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。交換機通過對信息進行重新生成，并經過內部處理后轉發(fā)至指定端口，具備自動尋址能力和交換作用。但是 交換機并不懂得IP地址，它只知道MAC地址。
交換機是使用硬件來完成以往網橋使用軟件來完成過濾、學習和轉發(fā)過程的任務。交換機速度比HUB快，這是由于HUB不知道目標地址在何處，發(fā)送數據到所有的端口。而交換機中有一張MAC地址表，如果知道目標地址在何處，就把數據發(fā)送到指定地點，如果它不知道就發(fā)送到所有的端口。這樣過濾可以幫助降低整個網絡的數據傳輸量，提高效率。但是交換機的功能還不止如此，它可以把網絡拆解成網絡分支、分割網絡數據流，隔離分支中發(fā)生的故障，這樣就可以減少每個網絡分支的數據信息流量而使每個網絡更有效，提高整個網絡效率。
現代交換機是這樣處理數據幀的：一旦目標頭域（目標地址）已經進來了，盡管幀的其他部分還沒有到達，則只要輸出線路可以使用，交換機就開始轉發(fā)該幀，而不需理會幀后面的內容，也即是說交換機并沒有使用“存儲—轉發(fā)”交換方式。
一句話總結：交換機，可以理解為高級的網橋，他有網橋的功能，但性能比網橋強。交換機和網橋的細微差別就在于：交換機常常用來連接獨立的計算機，而網橋連接的目標是LAN，所以交換機的端口較網橋多。
五、路由器
路由器（Router)工作在第三層（即網絡層），它比交換機還要“聰明”一些，它能理解數據中的IP地址，如果它接收到一個數據包，就檢查其中的IP地址，如果目標地址是本地網絡的就不理會，如果是其他網絡的，就將數據包轉發(fā)出本地網絡。與工作在網絡物理層，從物理上劃分網段的交換機不同，路由器使用專門的軟件協(xié)議從邏輯上對整個網絡進行劃分。例如，一臺支持IP協(xié)議的路由器可以把網絡劃分成多個子網段，只有指向特殊IP地址的網絡流量才可以通過路由器。當IP子網中的一臺主機發(fā)送IP分組給同一IP子網的另一臺主機時，它將直接把IP分組送到網絡上，對方就能收到。而要送給不同IP于網上的主機時，它要選擇一個能到達目的子網上的路由器，把IP分組送給該路由器，由路由器負責把IP分組送到目的地。如果沒有找到這樣的路由器，主機就把IP分組送給一個稱為“缺省網關（default gateway）”的路由器上。對于每一個接收到的數據包，路由器都會重新計算其校驗值，并寫入新的物理地址。網絡中的設備用它們的網絡地址（TCP／IP網絡中為IP地址）互相通信。IP地址是與硬件地址無關的“邏輯”地址。目前TCP／IP網絡，全部是通過路由器互連起來的，Internet就是成千上萬個IP子網通過路由器互連起來的國際性網絡。
路由器用于連接多個邏輯上分開的網絡，幾個使用不同協(xié)議和體系結構的網絡。路由器利用網絡層定義的“邏輯”上的網絡地址（即IP地址）來區(qū)別不同的網絡，實現網絡的互連和隔離，保持各個網絡的獨立性。當一個子網傳輸到另外一個子網時，可以用路由器完成。它具有判斷網絡地址和選擇路徑的功能，過濾和分隔網絡信息流。一方面能夠跨越不同的物理網絡類型（DDN、FDDI、以太網等等），另一方面在邏輯上將整個互連網絡分割成邏輯上獨立的網絡單位，使網絡具有一定的邏輯結構。
一句話總結：路由器的主要工作就是為經過路由器的每個IP數據包尋找一條最佳傳輸路徑，并將該數據有效地傳送到目的站點。 路由器的基本功能是，把數據（IP報文）傳送到正確的網絡。
六、網關
網關(Gateway)又稱網間連接器、協(xié)議轉換器。網關在網絡層以上實現網絡互連，是最復雜的網絡互連設備，僅用于兩個高層協(xié)議不同的網絡互連。網關既可以用于廣域網互連，也可以用于局域網互連。 網關是一種充當轉換重任的計算機系統(tǒng)或設備。使用在不同的通信協(xié)議、數據格式或語言，甚至體系結構完全不同的兩種系統(tǒng)之間，網關是一個翻譯器。與網橋只是簡單地傳達信息不同，網關對收到的信息要重新打包，以適應目的系統(tǒng)的需求。
一句話總結：網關，通過字面意思解釋就是網絡的關口。從技術角度來解釋，就是連接兩個不同網絡的接口，比如局域網的共享上網服務器就是局域網和廣域網的接口。
最后有兩個注意問題：
1、交換機和路由器的區(qū)別？
從應用上說：
交換機和路由器的使用中最大的區(qū)別莫過于路由器內部可實現撥號上網，然后通過共享給多臺電腦同時上網，而交換機內部不具有撥號功能，但交換機的作用是將網絡信號分流，以實現更多電腦連接共享上網。
大家可以這樣認為，交換機可以將多臺電腦連接起來，與交換機互連的電腦本身則具備了互相通信的功能，組建成了一個內部局域網，但需要訪問互聯網還需要有網絡支持，因此交換機一端需要連接到路由器，路由器即可實現交換功能，還可以撥號，實現寬帶連接，并將寬帶資源分配個交換機使用，這樣就實現了多臺電腦共享上網。
從概念上說：
路由，是三層設備，有選擇道路的作用。比如你去羅馬，有很多路可以走，怎么走省錢省時間，就是路由要做的，解決你應該按照那條路走的問題。當然還有基于三層的其他功能。
交換機，是二層設備。他就像你家門前的如或者你們樓道，附近的住戶都知道去幾層幾號怎么走。
舉個例子說明路由器和交換機的配合：我要去找小明借電腦，小明說他不在家，叫我自己去拿吧，同時還告訴我他家的地址是XX路XX小區(qū)XX號（好比ip地址），我根據小明告訴我的地址找到了小明的家（路由器的功能，尋找路徑）。我進門發(fā)現他家居然有10臺電腦，哪臺是借給我的那臺呢？噢，原來小明還告訴我他要借給我的電腦的編號（MAC地址），那樣我就可以根據編號找到相應的電腦了。
在上述的例子中，如果我沒有路由器，我就不知道怎么去小明家，更不用說拿到電腦；如果我沒有拿到所需的電腦編號，我也拿不到電腦，因為有十臺電腦，我不能亂拿；有個特殊情況，如果小明家只有一臺電腦呢？那我就不需要編號就可以確定拿哪臺電腦，也就是不需要交換機。
2、為什么有時候還要在路由器的后面先接1臺交換機再接計算機？
路由器是可以直接接電腦等終端設備，為什么標準都是路由器接交換機然后再接電腦等終端，是因為路由器本來就是一個路由設備，用來選路的，不適合大量的數據交換，交換機是用來大量數據交換的，終端在內網的性質就是需要使用交換機，所以標準就是路由器地下接交換機的形式。一般是情況就是在路由器下面接交換機，路由器主要起數據轉發(fā)，也就是尋址、路由的功能，交換機起到用戶接入的目的。但是家用的路由器的話直接就接計算機就可以了，而不必考慮再接交換機。
