互联网协议 — 网络设备发展史
Posted 范桂飓
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网络设备
网线、网卡、协议栈
在发明网络之前，个人计算机之间是独立工作的，没有网卡、网线或协议栈，主要使用磁盘、CD 和其他东西来传输数据。
后来，网线出现了。最小的网络单元由网线、网卡和协议栈组成。
网线起着物理介质的作用，以传输比特流/电信号。网卡将转换数据，例如，它将计算机存储的数据转换为网线的比特流/电信号。协议栈作为一种通信语言，可以在通信过程中实现数据分析、地址寻址和流控制。
中继器（Repeater）
如果终端之间的距离太远，一旦超过网线物理传输距离的上限，数据就会开始丢失。网线不够长怎么办？
中继器是物理层的设备，可以中继和放大信息以实现设备的远距离传输。当电子信号在电缆上传送时，信号强度会随着传递长度的增加而递减。因此需要中继器将信号重新加强以增加数据的发送距离。中继器的本质是一个将输入信号增强放大的模拟设备，用来加强缆线的信号，把信号送得更远，以延展网络长度。
集线器（Hub）
中继器通常只有两个接口，这意味着如果网络中有三个以上的终端主机，则无法实现多个主机之间的直接数据通信。中继器端口不足怎么办？
集线器是一种多接口中继器，也是一个物理层设备。它可以中继和放大信息，从任何接口接收的数据都将被发送到所有其他接口。
集线器和双绞线等传输介质一样，是一种不需任何软件支持，只要求管理软件进行管理的硬件设备。应用于 OSI 参考模型的物理层，因此又被称为物理层设备。
集线器内部采用了电器互联，当 LAN 的环境是逻辑总线或环型结构时，完全可以用集线器建立一个物理上的星型或树型网络结构。在这方面，集线器所起的作用相当于多端口的中继器。其实，集线器实际上就是中继器的一种，其区别仅在于集线器能够提供更多的端口服务，所以集线器又叫多口中继器。
集线器的工作过程是非常简单的，首先是节点发信号到线路，集线器接收该信号，因信号在电缆传输中有衰减，集线器接收信号后将衰减的信号整形放大，最后集线器将放大的信号广播转发给其他所有端口。
网桥（Bridge）
有人把网桥比喻成一个 “聪明” 的中继器。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。
交换机（Switch）
交换机可以记录该终端主机的 MAC 地址，并生成一个 MAC 表。MAC 表相当于一个 “map”，交换机根据 MAC 表在主机之间转发数据流。
交换机基于网桥进行扩展和升级。与网桥相比，具有以下优点：
- 接口数量更密集，每个主机位于一个独立的冲突域（交换机口）中，带宽利用率大大提高。
- 使用专用的 ASIC 硬件芯片进行高速转发。
- VLAN 隔离，不仅可以隔离冲突域，还可以通过 VLAN 隔离广播域。
路由器（Router）
交换机是一种局域网设备，通常用于局域网，不能实现远程广域网通信。距离还不够怎么办？
世界上第一台路由器是由斯坦福大学的 Leonard Bossack 和 Santi Lerner 这对教师夫妇为斯坦福大学校园网络（SUNet）和思科公司发明的。
路由器是一种基于 IP 寻址的网络层设备，利用路由表来实现数据转发。路由器主要用于连接不同的局域网以实现广播域隔离，也可以用于远程通信，如广域网连接。
诸如 IP 协议之类的逻辑寻址机制是实现不同类型局域网连接的关键。不同局域网的主机只要具有逻辑地址（IP 地址）和合理的逻辑地址规划（网段规划），它们就可以通信。
根据公司的具体需求和网络计划，可以选择具有不同功能的路由器：
- 防火墙（Firewalls）：一种用于检查接收的数据并且防止公司网络受到攻击的专业软件。
- 虚拟专网（VPN）：一种允许远程员工从远程地点安全访问网络的途径。
- IP 电话网络：利用语音和电话会议技术将贵公司的计算机和电话网络集成在一起，从而简化并统一公司的通信方式。
路由器的诞生是互联网爆炸的主要原因，跨媒介、跨地域的网络集成已成为现实。
无线 AP
无线 AP 可以被视为具有无线功能的交换机/路由器。随着无线城市和移动办公的发展趋势，无线产品在网络中所占的比例正在增加。
根据部署方式的不同，可以分为胖 AP 和瘦 AP 解决方案。
- 胖 AP 方案：无线 AP 具有独立的操作系统，该操作系统可以独立调试无线热点的所有配置，类似于家用 TP-Link 产品。
- 瘦 AP 方案：无线 AP 仅具有无线信号传输功能，所有命令调试都集中在后台的 AC（无线控制器）上。
小型无线网络（家庭、小型企业）可以使用胖 AP 解决，而大型无线网络（无线城市、无线园区网络）则需要使用瘦 AP（AC + AP）解决。
防火墙
防火墙是一种用于限制网络安全访问的网络安全产品，通常用于 Internet 的边缘，以防止外部黑客的攻击。
根据防火墙的技术特点，可以分为包过滤、应用代理和状态检测防火墙。根据产品形式，可以分为软件防火墙和硬件防火墙。
防火墙可视为具有安全功能的路由器。早期的防火墙在路由器的基础上增加了访问控制功能，因此在路由器上可以看到许多防火墙的功能，例如：路由协议、访问控制列表、地址转换技术等。
防火墙和路由器可以同时存在于网络中。例如：防火墙可以放置在路由器之前或之后。在这种情况下，路由器侧重于地址转换和路由策略，而防火墙侧重于安全隔离等。
在防火墙的基础上，扩展出了 Web 防火墙、安全网关和入侵检测/入侵防御等安全产品。
流量控制设备
网络中的流量控制设备主要分为上网行为管理、负载均衡器/应用交付、链路优化等。
- 行为管理产品：主要关注细粒度的区分和流量控制。
- 负载平衡/应用程序交付：侧重于流量的负载平衡（根据流量特征、应用程序、地址等进行区分，然后分配到不同的链接和服务器）。
- 链接优化：主要用于广域网等低速链路的边界，以使链路利用率最大化。
组网类型
家庭 SOHO 网络
这是一个典型的家庭网络，它通过无线路由器提供 Wi-Fi 热点访问，并提供路由器连接到外部网络。
小型企业网络
小型企业网络使用二层架构、单核拓扑，需要路由器、交换机和服务器。
园区网
最常见的园区网架构，如：大中型企业网络/校园网络，采用接入汇聚核三层架构和双核组网。根据网络需求，分为用户区、内部服务区、外部服务区、管理区、Internet 区等，它们通过核心交换机和防火墙连接并隔离。
互联网使用多出口连接，通过路由器实现拨号和 NAT，通过流量控制设备实现负载均衡/上网行为管理，通过防火墙实现安全隔离。
数据中心网络
下图是典型的大型第二层数据中心网络/IDC 设计，主要分为租户区（服务集群）、Internet 区和安全管理区域。其中，租户区采用设备虚拟化和链路虚拟化技术，提高设备处理能力和链路承载能力，并将负载均衡器放置在服务器区域中，以合理有效的方式将流量分配给固定服务器。
Internet 出口区域使用路由器执行 BGP 和地址反转，使用 IPS/anti-DDoS 设备进行大流量泛洪攻击，使用流量控制执行出口负载，并使用防火墙进行安全隔离。安全管理区通过防火墙安全访问，通过审计、日志、入侵检测、网络管理等产品对整个网络进行管理。
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