转发器集线器网桥交换机路由器和网关简介（转）

Posted 2022-03-04 ffaiss

转自https://blog.csdn.net/u012243115/article/details/47008903

物理层中继系统：中继器（转发器）、集线器（hub）；数据链路层：网桥或交换机；网络层：路由器；网络层以上：网关

转发器、集线器、网桥、交换机、路由器和网关都是网络互连设备。 

转发器 

        转发器（Repeater）又被称为中继器或放大器，执行物理层协议，负责第一层（物理层）的数据中继，实现电气信号的“再生”。用于互连两个相同类型的网段，主要功能是延伸网段和改变传输媒体，从而实现信息位的转发。它本身不执行信号的过滤功能。 
集线器

        集线器（HUB）是一种典型或称为特殊的转发器。它的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网。它不具有智能处理能力，处理的数据只是电流而已，它采用共享带宽的工作方式，附接端口的所有计算机采用CSMA/CD方式竞争带宽的使用，任一时刻只能由两台计算机之间进行通信。 
        集线器属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有类似于交换机的"智能记忆"能力和"学习"能力。它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点。

        这种广播发送数据方式有两方面不足：（1）用户数据包向所有节点发送，很可能带来数据通信的不安全因素，一些别有用心的人很容易就能非法截获他人的数据包；（2）由于所有数据包都是向所有节点同时发送，加上以上所介绍的共享带宽方式，就更加可能造成网络塞车现象，更加降低了网络执行效率。（3）非双工传输，网络通信效率低。

网桥

        网桥（Gate Bridge）负责第二层（数据链路层）的数据中继。互连两个独立的、仅在低两层实现上有差异的子网。 
        网桥和交换机属于OSI和TCP/IP的第二层，即数据链路层。数据链路层的作用包括数据链路的 建立、维护和拆除、帧包装、帧传输、帧同步、帧差错控制以及流量控制等。网桥(BRIDGE)工作在数据链路层，将两个局域网（LAN）连起来，根据MAC地址（物理地址）来转发帧，可以看作一个“低层的路由器”（路由器工作在网络层，根据网络地址如IP地址进行转发）。它可以有效地联接两个LAN，使本地通信限制在本网段内，并转发相应的信号至另一网段，网桥通常用于联接数量不多的、同一类型的网段。

        网桥的存储和转发功能与中继器相比有优点也有缺点，其优点是：使用网桥进行互连克服了物理限制，这意味着构成lan的数据站总数和网段数很容易扩充。网桥纳入存储和转发功能可使其适应于连接使用不同mac协议的两个lan。因而构成一个不同lan混连在一起的混合网络环境。网桥的中继功能仅仅依赖于mac帧的地址，因而对高层协议完全透明。网桥将一个较大的lan分成段，有利于改善可靠性、可用性和安全性。

        网桥的主要缺点是：由于网桥在执行转发前先接收帧并进行缓冲，与中继器相比会引入更多时延。由于网桥不提供流控功能，因此在流量较大时有可能使其过载，从而造成帧的丢失。网桥的优点多于缺点正是其广泛使用的原因。 

交换机

        交换机（Switch）是一种简化的网桥，互连相同类型的网络，工作在OSI/RM体系结构的第二层（数据链路层）。它采用独享带宽的工作方式。它比集线器智能，网络上的数据是MAC地址的集合，它能分辨出帧中的源MAC地址和目的MAC地址，因此可以在任意两个端口之间建立联系，但交换机并不懂得IP地址。 
路由器

        路由器（Router）负责第三层（网络层）的数据中继。它能理解数据中的IP地址，如果它接收到一个数据包，就检查其中的IP地址，如果目标地址是本地网络的就不理会，如果是其他网络的，就将数据包转发出本地网络。它的作用在于连接相同或不同类型网络，并且能找到网络中数据传输最合适的路径即路由选择。 
网关

        网关（Gateway）负责第三层（网络层）以上的数据中继，实现不同体系结构的网络协议转换，它通常采用软件的方法实现，并且与特定的应用服务一一对应。比如：OSI的文件传输服务FTAM和TCP/IP的文件传输服务FTP，尽管二者都是文件传输但是由于所执行的协议不同不能直接进行通信，而需要网关将两个文件传输系统互连，达到相互进行文件传输的目的。 
        网关是一种复杂的网络连接设备，可以支持不同协议之间的转换，实现不同协议网络之间的互连。网关具有对不兼容的高层协议进行转换的能力，为了实现异构设备之间的通信，网关需要对不同的链路层、专用会话层、表示层和应用层协议进行翻译和转换。所以网关兼有路由器、网桥、中继器的特性。

        若要使两个完全不同的网络（异构网）连接在一起，一般使用网关，在Internet中两个网络也要通过一台称为网关的计算机实现互联。这台计算机能根据用户通信目标计算机的IP地址，决定是否将用户发出的信息送出本地网络，同时，它还将外界发送给属于本地网络计算机的信息接收过来，它是一个网络与另一个网络相联的通道。为了使TCP/IP协议能够寻址，该通道被赋予一个IP地址，这个IP地址称为网关地址。

        所以，网关的作用就是将两个使用不同协议的网络段连接在一起的设备，对两个网络段中的使用不同传输协议的数据进行互相的翻译转换。在互连设备中，由于协议转换的复杂性，一般只能进行一对一的转换，或是少数几种特定应用协议的转换。

        交换机与路由器的主要区别体现在以下几个方面： 
        （1）工作层次不同 
        交换机是工作在OSI/RM体系结构的第二层（数据链路层），而路由器一开始就设计工作在OSI模型的网络层。由于交换机工作在OSI的第二层（数据链路层），所以它的工作原理比较简单，而路由器工作在OSI的第三层（网络层），可以得到更多的协议信息，路由器可以做出更加智能的转发决策。 
        （2）数据转发所依据的对象不同 
        交换机是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址。而路由器则是利用不同网络的ID号（即IP地址）来确定数据转发的地址。IP地址是在软件中实现的，描述的是设备所在的网络，有时这些第三层的地址也称为协议地址或者网络地址。MAC地址通常是硬件自带的，由网卡生产商来分配的，而且已经固化到了网卡中去，一般来说是不可更改的。而IP地址则通常由网络管理员或系统自动分配。 
        （3）传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域；而路由器可以分割广播域 
        由交换机连接的网段仍属于同一个广播域，广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播，在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域，广播数据不会穿过路由器。虽然第三层以上交换机具有VLAN功能，也可以分割广播域，但是各子广播域之间是不能通信交流的，它们之间的交流仍然需要路由器。 
        （4）路由器提供了防火墙的服务 
        路由器仅仅转发特定地址的数据包，不传送不支持路由协议的数据包传送和未知目标网络数据包的传送，从而可以防止广播风暴。 
        交换机一般用于LAN-WAN的连接，交换机归于网桥，是数据链路层的设备，有些交换机也可实现第三层的交换。路由器用于WAN-WAN之间的连接，可以解决异性网络之间转发分组，作用于网络层。他们只是从一条线路上接受输入分组，然后向另一条线路转发。这两条线路可能分属于不同的网络，并采用不同协议。相比较而言，路由器的功能较交换机要强大，但速度相对也慢，价格昂贵，第三层交换机既有交换机线速转发报文能力，又有路由器良好的控制功能，因此得以广泛应用。