集线器、路由器、交换机、网关的作用与区别

由于本人一直以来对集线器，路由器，交换机，网关这几个东西的作用有点模糊，本周读了一部分《CCNA1网络基础》，加上在网上搜搜学学，整理了一下。
　　集线器――局域网集线器有许多插座(通常是RJ-4S
插座)，用于网线与各种计算机的连接。计算机和集线器之间用单一网线连接，计算机和集线器之间就有了一条电传输介质。当集线器收到电信号后，它仅仅是将这
个信号复制，送到它的其他所有的接口上。图1-1给出一个网络拓扑图。



图1-1具有一个集线器的小型局域网
　　交换机-------交换机Switch，工作在数据链路层（第二层），稍微高端一点的交换机都有一个操作系统来支持。和集线器一样主要用于连
接计算机等网络终端设备。交换机比集线器更加先进，允许连接在交换机上的设备并行通讯，好比高速公路上的汽车并行行使一般，设备间通讯不会再发生冲突，因
此交换机打破了冲突域，交换机每个接口是一个冲突域，不会与其他接口发生通讯冲突。并且有系统的交换机可以记录MAC地址表，发送的数据不会再以广播方式
发送到每个接口，而是直接到达目的接口，节省了接口带宽。但是交换机和集线器一样不能判断广播数据包，会把广播发送到全部接口，所以交换机和集线器一样连
接了一个广播域网络。高端一点的交换机不仅可以记录MAC地址表，还可以划分VLAN（虚拟局域网）来隔离广播，但是VLAN间也同样不能通讯。要使
VLAN间能够通讯，必须有三层设备介入。
　　路由器-------路由器Router，工作在网络层（第三层），所有的路由器都有自己的操作系统来维持，并且需要人员调试，否则不能工作。
路由器没有那么多接口，主要用来进行网络与网络的连接。简单的说路由器把数据从一个网络发送到另一个网络，这个过程就叫路由。路由器不仅能像交换机一样隔
离冲突域，而且还能检测广播数据包，并丢弃广播包来隔离广播域，有效的扩大了网络的规模。
在路由器中记录着路由表，路由器以此来转发数据，以实现网络间的通讯。路由器的介入可以使交换机划分的VLAN实现互相通讯。
集线器的作用
　　集线器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。而交换机（又名交换式集线器）作用与集线器大体相同。但是两者在性能上有区
别：集线器采用的式共享带宽的工作方式，而交换机是独享带宽。这样在机器很多或数据量很大时，两者将会有比较明显的。正如其名字所暗示的，集线器就是活动
的中心。用网络术语来说，Hub或Concentrator，是基于星形拓扑的接线点。
Arcnet、10Base-T、10Base-F及许多其它专用网络都依靠集线器来连接各段电缆及把数据分发到各个网段。集线器的基本功能是信息分发，
它把一个端口接收的所有信号向所有端口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号重新生成，一些集线器整理信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。具有
多个10Base-F接口的集线器就象是使用镜子来把光线分到各个端口。
路由器的作用
　　路由器工作于OSI七层协议中的第三层，即网络层。其主要任务是接收来自一个网络接口的数据包，根据其中所含的目的地址，决定转发到下一个目的
地址。因此，路由器首先得在转发路由表中查找它的目的地址，若找到了目的地址，就在数据包的帧格前添加下一个MAC地址，同时IP数据包头的
TTL（Time To
Live）域也开始减数，并重新计算校验和。当数据包被送到输出端口时，它需要按顺序等待，以便被传送到输出链路上。路由器在工作时能够按照某种路由通信
协议查找设备中的路由表。如果到某一特定节点有一条以上的路径，则基本预先确定的路由准则是选择最优（或最经济）的传输路径。由于各种网络段和其相互连接
情况可能会因环境变化而变化，因此路由情况的信息一般也按所使用的路由信息协议的规定而定时更新。网络中，每个路由器的基本功能都是按照一定的规则来动态
地更新它所保持的路由表，以便保持路由信息的有效性。为了便于在网络间传送报文，路由器总是先按照预定的规则把较大的数据分解成适当大小的数据包，再将这
些数据包分别通过相同或不同路径发送出去。当这些数据包按先后秩序到达目的地后，再把分解的数据包按照一定顺序包装成原有的报文形式。路由器的分层寻址功
能是路由器的重要功能之一，该功能可以帮助具有很多节点站的网络来存储寻址信息，同时还能在网络间截获发送到远地网段的报文，起转发作用；选择最合理的路
由，引导通信也是路由器基本功能；多协议路由器还可以连接使用不同通信协议的网络段，成为不同通信协议网络段之间的通信平台。一般来说，路由器的主要工作
是对数据包进行存储转发，具体过程如下：
第一步：当数据包到达路由器，根据网络物理接口的类型，路由器调用相应的链路层功能模块，以解释处理此数据包的链路层协议报头。这一步处理比较简单，主要是对数据的完整性进行验证，如CRC校验、帧长度检查等。

第二步：在链路层完成对数据帧的完整性验证后，路由器开始处理此数据帧的IP层。这一过程是路由器功能的核心。根据数据帧中IP包头的目的IP地址，路由
器在路由表中查找下一跳的IP地址；同时，IP数据包头的TTL（Time To Live）域开始减数，并重新计算校验和（Checksum）。
第三步：根据路由表中所查到的下一跳IP地址，将IP数据包送往相应的输出链路层，被封装上相应的链路层包头，最后经输出网络物理接口发送出去。
简单地说，路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据包寻找一条最佳传输路径，并将该数据包有效地传送到目的站点。
交换机的作用
　　交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。
（1）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。
（2）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）。
（3）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。
网关的作用
　　网关，是应用使用的互连设备，熟语能够连接不同网络的软件和硬件的结构产品。网关用来赖宁界异类网络，是一个协议转换器，工作在OSI/IP模
型或TCP/IP体系的高层，通过网关可使用不同的格式、不同的通信协议、不同的结构类型的网络连接起来，使得不同协议网络间的信息包传送和接收，简化网
络的管理。网关的实现较为复杂，一般只限于几个协议的转化。
　　网关的连接方式有两种：无连接的网关和面向连接的网关。网关提供的服务主要是连接、翻译和转换，使得不同的网络体系能够进行。网关是用于大型网
络中心和大型计算机系统的设备，在面向连接的网关中又分为半网关和全网关。半网关的概念是在两个子网之间存在一定距离时，一般是一个网关分为两半，中间用
一条链路连接起来。全网关的概念是一种面向连接的数据报网络的互连。局域网的网关可以使得运行不同协议或运行于OSI/RM模型不同层次上的局域网网段指
间的通信或隔离，路由器和计算机都可以配置在网关。Internet网关管理局域网和Internet网之间的介入，以及印制互相的访问。
　　其实对路由器和交换机的区别还是有点模糊，图1-2可以直观地解决这个问题。



图1-2一台路由器连接3 个LAN 的网络
其次，还有中继器，网桥，调制解调器，服务器等概念。在网上搜到形象化的解释：
网卡：相当于邮递员；
中继器：相当于中转站；
集线器：相当于人力资源招聘；
路由器：相当于委派机构；
网桥：相当于栈桥；
网关：相当于海关；
交换机：相当于邮局；
调制解调器：相当于“猫咪”。

服务器-》光纤收发器-》中继器*N个 ->调制解调器->路由器[网关]->交换机(集线器)->网卡。