网络的层次：中继器、集线器、网桥、交换机、路由器

有朋友问，通信的原理是什么？在了解通信原理之前，我们首先要对通信常用的设备进行熟悉。

计算机网络体系中，有几样通信设备或者说网络名词出现的频率相当的高，它们是：中继器、集线器、网桥、交换机、路由器和网关。其实，弄清楚这几个计算机网络的名词并不困难，如果能以计算机网络层次的概念给它们划清界限的话，那就很容易把它们区分出来。那我现在就有条理地梳理一下它们各自的含义和作用，以及它们之间的联系。

那我们首先看一下这些网络设备分别处于计算机网络的哪些层次：

一、中继器

中继器(Repeater)是连接网络线路的一种装置,常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发工作。中继器是最简单的网络互联设备,主要完成物理层的功能,负责在两个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,以此来延长网络的长度。它在OSI参考模型中的位置物理层。

由于存在损耗, 在线路上传输的信号功率会逐渐衰减,衰减到一定程度时将造成信号失真,因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。它完成物理线路的连接,对衰减的信号进行放大,保持与原数据相同。

中继器是模拟设备，用于连接两根电缆段。中继器不理解帧、分组和头的概念，他们只理解电压值。

一句话总结：中继器，就是简单的信号放大器，信号在传输的过程中是要衰减的，中继器的作用就是将信号放大，使信号能传的更远。

二、集线器

集线器（Hub）是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。集线器在OSI／RM中的物理层。

一句话总结：集线器，差不多就是个多端口的中继器，把每个输入端口的信号放大再发到别的端口去，集线器可以实现多台计算机之间的互联，因为它有很多的端口，每个口都能连计算机。

三、网桥

网桥(Bridge)是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥是属于数据链路层的一种设备，它的作用是扩展网络和通信手段，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，同时又有选择地将现有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质，并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信。

一句话总结：网桥工作在数据链路层，将两个LAN连起来，根据mac地址来转发帧，可以看作一个“低层的路由器”。

四、交换机

交换机（Swich)工作在第二层（即数据链路层），它要比集线器智能一些，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间建立联系，在数据帧的始发者和目标接收者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。交换机通过对信息进行重新生成，并经过内部处理后转发至指定端口，具备自动寻址能力和交换作用。但是 交换机并不懂得IP地址，它只知道MAC地址。

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MAC地址表，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。

现代交换机是这样处理数据帧的：一旦目标头域（目标地址）已经进来了，尽管帧的其他部分还没有到达，则只要输出线路可以使用，交换机就开始转发该帧，而不需理会帧后面的内容，也即是说交换机并没有使用“存储—转发”交换方式。

一句话总结：交换机，可以理解为高级的网桥，他有网桥的功能，但性能比网桥强。交换机和网桥的细微差别就在于：交换机常常用来连接独立的计算机，而网桥连接的目标是LAN，所以交换机的端口较网桥多。

五、路由器

路由器（Router)工作在第三层（即网络层），它比交换机还要“聪明”一些，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。与工作在网络物理层，从物理上划分网段的交换机不同，路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。

例如，一台支持IP协议的路由器可以把网络划分成多个子网段，只有指向特殊IP地址的网络流量才可以通过路由器。当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一台主机时，它将直接把IP分组送到网络上，对方就能收到。而要送给不同IP于网上的主机时，它要选择一个能到达目的子网上的路由器，把IP分组送给该路由器，由路由器负责把IP分组送到目的地。如果没有找到这样的路由器，主机就把IP分组送给一个称为“缺省网关（default gateway）”的路由器上。对于每一个接收到的数据包，路由器都会重新计算其校验值，并写入新的物理地址。

网络中的设备用它们的网络地址（TCP／IP网络中为IP地址）互相通信。IP地址是与硬件地址无关的“逻辑”地址。目前TCP／IP网络，全部是通过路由器互连起来的，Internet就是成千上万个IP子网通过路由器互连起来的国际性网络。

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。路由器利用网络层定义的“逻辑”上的网络地址（即IP地址）来区别不同的网络，实现网络的互连和隔离，保持各个网络的独立性。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独立的网络单位，使网络具有一定的逻辑结构。

一句话总结：路由器的主要工作就是为经过路由器的每个IP数据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。路由器的基本功能是，把数据（IP报文）传送到正确的网络。

六、网关

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，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。使用在不同的通信协议、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。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。

一句话总结：网关，通过字面意思解释就是网络的关口。从技术角度来解释，就是连接两个不同网络的接口，比如局域网的共享上网服务器就是局域网和广域网的接口。

最后有两个注意问题：

1、交换机和路由器的区别？

从应用上说：

交换机和路由器的使用中最大的区别莫过于路由器内部可实现拨号上网，然后通过共享给多台电脑同时上网，而交换机内部不具有拨号功能，但交换机的作用是将网络信号分流，以实现更多电脑连接共享上网。

大家可以这样认为，交换机可以将多台电脑连接起来，与交换机互连的电脑本身则具备了互相通信的功能，组建成了一个内部局域网，但需要访问互联网还需要有网络支持，因此交换机一端需要连接到路由器，路由器即可实现交换功能，还可以拨号，实现宽带连接，并将宽带资源分配个交换机使用，这样就实现了多台电脑共享上网。

从概念上说：

路由，是三层设备，有选择道路的作用。比如你去罗马，有很多路可以走，怎么走省钱省时间，就是路由要做的，解决你应该按照那条路走的问题。当然还有基于三层的其他功能。

交换机，是二层设备。他就像你家门前的如或者你们楼道，附近的住户都知道去几层几号怎么走。

举个例子说明路由器和交换机的配合：我要去找小明借电脑，小明说他不在家，叫我自己去拿吧，同时还告诉我他家的地址是XX路XX小区XX号（好比ip地址），我根据小明告诉我的地址找到了小明的家（路由器的功能，寻找路径）。我进门发现他家居然有10台电脑，哪台是借给我的那台呢？噢，原来小明还告诉我他要借给我的电脑的编号（MAC地址），那样我就可以根据编号找到相应的电脑了。

在上述的例子中，如果我没有路由器，我就不知道怎么去小明家，更不用说拿到电脑；如果我没有拿到所需的电脑编号，我也拿不到电脑，因为有十台电脑，我不能乱拿；有个特殊情况，如果小明家只有一台电脑呢？那我就不需要编号就可以确定拿哪台电脑，也就是不需要交换机。

2、为什么有时候还要在路由器的后面先接1台交换机再接计算机？

路由器是可以直接接电脑等终端设备，为什么标准都是路由器接交换机然后再接电脑等终端，是因为路由器本来就是一个路由设备，用来选路的，不适合大量的数据交换，交换机是用来大量数据交换的，终端在内网的性质就是需要使用交换机，所以标准就是路由器地下接交换机的形式。一般是情况就是在路由器下面接交换机，路由器主要起数据转发，也就是寻址、路由的功能，交换机起到用户接入的目的。但是家用的路由器的话直接就接计算机就可以了，而不必考虑再接交换机。