集线器、交换机、路由器、中继器及网关、网桥概念及区别29947.pdf

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1、集线器、交换机、路由器、中继器及网关、网桥概念及区别 介绍集线器、交换机、路由器、中继器、网关、网桥等相关概念知识，方便大家对身边的网络硬件有所了 解和参考，尤其是对于非通信专业的网友来说似 乎更有参考价值，实际上有些硬件大家几乎每天都在使 用，比如网桥等也可能从未接触过，不过都没关系，稍微比较可参一二。集线器、交换机、路由器、中继器及网关、网桥概念：一、集线器 集线器也称 HUB，工作在 OSI 七层结构的第一层物理层，属于共享型设备，接收数据广播发岀，在局域网 内一般都是星型连接拓扑结构，每台工作站都连接到集线器上。由于集线器的带宽共享特性导致网络利用 效率极低，一般在大中型的网络中不会使

2、用到集线器。现在的集线器基 本都是全双工模式，市面上常见的 集线器传输速率普遍都为 100Mbps。二、交换机 交换机顾名思义以交换为主要功能，工作在 OSI 第二层（数据链路层），根据 MAC 地址进行数据转发。交换机的每一个端口都属于一个冲突域，而集线器所有端口属 于一个冲突域。交换机通过分析 Ethernet 包的包头信息（其中包含了源 MAC 地址、目标 MAC 地址、信息长度等），取得目标 MAC 地址后，查找 交换机 中存储的地址对照表（MAC 地址对应的端口），确认具有此 MAC 地址的网卡连接在哪个端口上，然后将信包送到对应端口，有效的抑制 IP 广播风暴。并且信息 包处于并行

3、状态，效率较高。交换机的转发延迟非常小，主要的得益于其硬件设计机理非常高效，为了支持各端口的最大数据传输速率，交换机内部 转发信包的背板带宽都必须远大于端口带宽，具有强大的整体吞吐率，才能为每台工作站提供 更高的带宽和更高的网络利用率，可以满足大型网络环境大量数据并行 处理 的要求。三、路由器 路由器跟集线器和交换机不同，是工作在 OSI 的第三层（网络 层），根据 IP 进行寻址转发数据包。路由 器是一种可以连接多个网络或网段的网络设备，能将不同网络或网段之间（比如局域网 一一大网）的数据 信息进行转换，并为信包传输分配最合适的路径，使它们之间能够进行数据传输，从而构成一个更大的网 络。路由

4、器具有最主要的两个功能，即数据通道功能和控制 功能。数据通道功能包括转发决定、背板转发以及 输岀链路调度等，一般由特定的硬件来完成；控制功能一般用软件来实现，包括与相邻路由器之间的信息 交换、系统配置、系统管理等。四、中继器 中继器（Repeater）工作于 OSI 的第一层（物理 层），中继器是最简单的网络互联设备，连接同一个网 络的两个或多个网段，主要完成物理层的功能，负责在两个网络节点的物理层上按位传递信息，完成信号 的复制、调整和放大功能，以此从而增加信号传输的距离，延长网络的长度和覆盖区域，支持远距离的通 信。网桥和交换机一样都是工作在 路由器是工作在网络层，根据 MAC 地址（物理

5、地址）来转 一般来说，中继器两端的网络部分是网段，而不是子网。中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电 缆上，并不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据。大家最常接触的是网络中继器，在通讯上还 有 微波中继器、激光中继器、红外中继器等等，机理类似，触类旁通。五、网关 网关（Gateway）又叫协议转换器，网关的概念实际上跟上面的设备型不是一类问题，但是为了方便参考 还是放到这里一并介绍。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

6、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，决定是否将用户发岀的 信息送岀本地网络，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

7、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。六、网桥 OSI 模型的第二层（数据链路层），可以看成是 一个二层路由器（真正的 IP 地址进行信包转发）。网桥可有效的将两个局域网（LAN）连起来，根据 发帧，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 集线器、交换机、路由器、中继器及网关、网桥之间区别:物理层一一中继器和集线器 二者都起数字信号放大和中转的作用。中继器（REPEATER），用来延长网络距离的互连设备。（局域网络互连长度是有 限制，不是无限，例如在 10M 以太网

8、中，任何两个数据终端设备允许的传输通 路最多为5 个中继器、4 个中继器组成）。REPEATER可以增强线路上衰减的信 号，它两端即可以连接相同的传输媒体，也可以连接不同的媒体，如一头是同轴 电缆另一头是双绞线。集线器（HUB）实际上就是一个多端口的中继器，它有一个端口与主干网相连，并 有多个端口连接一组工作站。它应用于使用星型拓扑结构的网络中，连接多个计 算机或网络设备。集线器就是一种共享设备，HUB 本身不能识别目的地址，当 同一局域网内的 A 主机给 B 主机传输数据时，数据包在以 HUB 为架构的网络上 是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接 收。逻辑链

9、路层 网桥和交换机 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。交换机是一种基于 MAC 地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交 换机可以 学习”MAC 地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发 者和目标接收者

10、之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地 址。其实交换机的前身就是网桥。交换机是使用硬件来完成以往网桥使用软件来完成 过滤、学习和转发过程的任务。交换机速度比 HUB 快，这是由于 HUB 不知道 目标地址在何处，发送数据到所有的端口。而交换机中有一张路由表，如果知道 目标地址在何处，就把数据发送到指定地点，如果它不知道就发送到所有的端口。这样过滤可以帮助降低整个网络的数据传输量，提高效率。但是交换机的功能还 不止如此，它可以把网络拆解成网络分支、分割网络数据流，隔离分支中发生的 故障，这样就可以减少每个网络分支的数据信息流量而使每个网络更有效，提高 整个网络效率。目前有使用 S

11、WITCH 代替 HUB 的趋势。交换机功能 学习：以太网交换机了解每一端口相连设备的 MAC 地址，并将地址同相应 的端口映射起来存放在交换机缓存中的 MAC 地址表中。转发/过滤：当一个数据帧的目的地址在 MAC 地址表中有映射时，它被转发 到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所 有端口）。消除回路：当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避 免回路的产生，同时允许存在后备路径。交换机除了能够连接同种类型的网络之外，还可以在不同类型的网络（如以 太网和快速以太网）之间起到互连作用。如今许多交换机都能够提供支持快速以 太网或 FDDI 等的高速连

12、接端口，用于连接网络中的其它交换机或者为带宽占用 量大的关键服务器提供附加带宽。一般来说，交换机的每个端口都用来连接一个独立的网段，但是有时为了提 供更快的接入速度，我们可以把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口 上。这样，网络的关键服务器和重要用户就拥有更快的接入速度，支持更大的信 息流量 网络层 路由器 用于连接多个逻辑上分开的网络，几个使用不同协议和体系结构的网络。当一个 子网传输到另外一个子网时，可以用路由器完成。它具有判断网络地址和选择路 径的功能，过滤和分隔网络信息流。一方面能够跨越不同的物理网络类型（DDN、FDDI、以太网等等），另一方面在逻辑上将整个互连网络分割成逻辑上

13、独立的网 络单位，使网络具有一定的逻辑结构。对于不同规模的网络，路由器作用的侧重点有所不同：1、在主干网上，路由器的主要作用是路由选择。主干网上的路由器，必须知道 到达所有下层网络的路径。这需要维护庞大的路由表，并对连接状态的变化作 出 尽可能迅速的反应。路由器的故障将会导致严重的信息传输问题。2、在地区网中，路由器的主要作用是网络连接和路由选择，即连接下层各个基 层网络单位 园区网，同时，负责下层网络之间的数据转发。3、在园区网内部，路由器的主要作用是分隔子网。早期的互连网基层单位是局 域网（LAN），其中所有主机处于同一个逻辑网络中。随着网络规模的不断扩大，局域网演变成以高速主干和路由器连

14、接的多个子网所组成的园区网。在其中，各 个子网在逻辑上独立，而路由器就是唯一能够分隔它们的设备，它负责子网间的 报文转发和广播隔离，在边界上的路由器则负责与上层网络的连接.应用层 网关 网关（Gateway）又称网间连接器、协议转换器。网关在传输层上以实现网络互 连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关的结构也和路由器类似，不同的是互连层（交换机是数据链路层，路由器是 网络层，网关是传输层）。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。在使用不同的通信协议、数据格 式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。只有设置好网关的 IP 地址，TCP/IP 协议才能实现不同网络之间的相互通信。那么这个 IP 地址是哪台机器的 IP 地址呢？网关的 IP 地址是具有路由功能的 设备的 IP 地址，具有路由功能的设备有路由器、启用了路由协议的服务器（实 质上相当于一台路由器）、代理服务器（也相当于一台路由器）。