轉發器、網橋、路由器、交換機、集線器和網關簡介


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    轉發器、集線器、網橋、交換機、路由器和網關都是網絡互連設備。 

轉發器 

        轉發器(Repeater)又被稱為中繼器或放大器,執行物理層協議,負責第一層(物理層)的數據中繼,實現電氣信號的“再生”。用於互連兩個相同類型的網段,主要功能是延伸網段和改變傳輸媒體,從而實現信息位的轉發。它本身不執行信號的過濾功能。 

集線器

        集線器(HUB)是一種典型或稱為特殊的轉發器。它的作用可以簡單的理解為將一些機器連接起來組成一個局域網。它不具有智能處理能力,處理的數據只是電流而已,它采用共享帶寬的工作方式,附接端口的所有計算機采用CSMA/CD方式競爭帶寬的使用,任一時刻只能由兩台計算機之間進行通信。 

    集線器屬於純硬件網絡底層設備,基本上不具有類似於交換機的"智能記憶"能力和"學習"能力。它也不具備交換機所具有的MAC地址表,所以它發送數據時都是沒有針對性的,而是采用廣播方式發送。也就是說當它要向某節點發送數據時,不是直接把數據發送到目的節點,而是把數據包發送到與集線器相連的所有節點

        這種廣播發送數據方式有兩方面不足:

    (1)用戶數據包向所有節點發送,很可能帶來數據通信的不安全因素,一些別有用心的人很容易就能非法截獲他人的數據包;

    (2)由於所有數據包都是向所有節點同時發送,加上以上所介紹的共享帶寬方式,就更加可能造成網絡塞車現象,更加降低了網絡執行效率;

    (3)非雙工傳輸,網絡通信效率低。

網橋

        網橋(Gate Bridge)負責第二層(數據鏈路層)的數據中繼。互連兩個獨立的、僅在低兩層實現上有差異的子網。 

    網橋和交換機屬於OSI和TCP/IP的第二層,即數據鏈路層。數據鏈路層的作用包括數據鏈路的 建立、維護和拆除、幀包裝、幀傳輸、幀同步、幀差錯控制以及流量控制等。網橋(BRIDGE)工作在數據鏈路層,將兩個局域網(LAN)連起來,根據MAC地址(物理地址)來轉發幀,可以看作一個“低層的路由器”(路由器工作在網絡層,根據網絡地址如IP地址進行轉發)。它可以有效地聯接兩個LAN,使本地通信限制在本網段內,並轉發相應的信號至另一網段,網橋通常用於聯接數量不多的、同一類型的網段。

        網橋的存儲和轉發功能與中繼器相比有優點也有缺點,其優點是:使用網橋進行互連克服了物理限制,這意味着構成lan的數據站總數和網段數很容易擴充。網橋納入存儲和轉發功能可使其適應於連接使用不同mac協議的兩個lan。因而構成一個不同lan混連在一起的混合網絡環境。網橋的中繼功能僅僅依賴於mac幀的地址,因而對高層協議完全透明。網橋將一個較大的lan分成段,有利於改善可靠性、可用性和安全性。

        網橋的主要缺點是:由於網橋在執行轉發前先接收幀並進行緩沖,與中繼器相比會引入更多時延。由於網橋不提供流控功能,因此在流量較大時有可能使其過載,從而造成幀的丟失。網橋的優點多於缺點正是其廣泛使用的原因。 

交換機

        交換機(Switch)是一種簡化的網橋,互連相同類型的網絡,工作在OSI/RM體系結構的第二層(數據鏈路層)。它采用獨享帶寬的工作方式。它比集線器智能,網絡上的數據是MAC地址的集合,它能分辨出幀中的源MAC地址和目的MAC地址,因此可以在任意兩個端口之間建立聯系,但交換機並不懂得IP地址。 

路由器

        路由器(Router)負責第三層(網絡層)的數據中繼。它能理解數據中的IP地址,如果它接收到一個數據包,就檢查其中的IP地址,如果目標地址是本地網絡的就不理會,如果是其他網絡的,就將數據包轉發出本地網絡。它的作用在於連接相同或不同類型網絡,並且能找到網絡中數據傳輸最合適的路徑即路由選擇。 

網關

        網關(Gateway)負責第三層(網絡層)以上的數據中繼,實現不同體系結構的網絡協議轉換,它通常采用軟件的方法實現,並且與特定的應用服務一一對應。比如:OSI的文件傳輸服務FTAM和TCP/IP的文件傳輸服務FTP,盡管二者都是文件傳輸但是由於所執行的協議不同不能直接進行通信,而需要網關將兩個文件傳輸系統互連,達到相互進行文件傳輸的目的。 

    網關是一種復雜的網絡連接設備,可以支持不同協議之間的轉換,實現不同協議網絡之間的互連。網關具有對不兼容的高層協議進行轉換的能力,為了實現異構設備之間的通信,網關需要對不同的鏈路層、專用會話層、表示層和應用層協議進行翻譯和轉換。所以網關兼有路由器、網橋、中繼器的特性。

        若要使兩個完全不同的網絡(異構網)連接在一起,一般使用網關,在Internet中兩個網絡也要通過一台稱為網關的計算機實現互聯。這台計算機能根據用戶通信目標計算機的IP地址,決定是否將用戶發出的信息送出本地網絡,同時,它還將外界發送給屬於本地網絡計算機的信息接收過來,它是一個網絡與另一個網絡相聯的通道。為了使TCP/IP協議能夠尋址,該通道被賦予一個IP地址,這個IP地址稱為網關地址。

        所以,網關的作用就是將兩個使用不同協議的網絡段連接在一起的設備,對兩個網絡段中的使用不同傳輸協議的數據進行互相的翻譯轉換。在互連設備中,由於協議轉換的復雜性,一般只能進行一對一的轉換,或是少數幾種特定應用協議的轉換。

交換機與路由器的主要區別體現在以下幾個方面: 
        (1)工作層次不同 
        交換機是工作在OSI/RM體系結構的第二層(數據鏈路層),而路由器一開始就設計工作在OSI模型的網絡層。由於交換機工作在OSI的第二層(數據鏈路層),所以它的工作原理比較簡單,而路由器工作在OSI的第三層(網絡層),可以得到更多的協議信息,路由器可以做出更加智能的轉發決策。 
        (2)數據轉發所依據的對象不同 
        交換機是利用物理地址或者說MAC地址來確定轉發數據的目的地址。而路由器則是利用不同網絡的ID號(即IP地址)來確定數據轉發的地址。IP地址是在軟件中實現的,描述的是設備所在的網絡,有時這些第三層的地址也稱為協議地址或者網絡地址。MAC地址通常是硬件自帶的,由網卡生產商來分配的,而且已經固化到了網卡中去,一般來說是不可更改的。而IP地址則通常由網絡管理員或系統自動分配。 
        (3)傳統的交換機只能分割沖突域,不能分割廣播域;而路由器可以分割廣播域 
        由交換機連接的網段仍屬於同一個廣播域,廣播數據包會在交換機連接的所有網段上傳播,在某些情況下會導致通信擁擠和安全漏洞。連接到路由器上的網段會被分配成不同的廣播域,廣播數據不會穿過路由器。雖然第三層以上交換機具有VLAN功能,也可以分割廣播域,但是各子廣播域之間是不能通信交流的,它們之間的交流仍然需要路由器。 
        (4)路由器提供了防火牆的服務 
        路由器僅僅轉發特定地址的數據包,不傳送不支持路由協議的數據包傳送和未知目標網絡數據包的傳送,從而可以防止廣播風暴。 
        交換機一般用於LAN-WAN的連接,交換機歸於網橋,是數據鏈路層的設備,有些交換機也可實現第三層的交換。路由器用於WAN-WAN之間的連接,可以解決異性網絡之間轉發分組,作用於網絡層。他們只是從一條線路上接受輸入分組,然后向另一條線路轉發。這兩條線路可能分屬於不同的網絡,並采用不同協議。相比較而言,路由器的功能較交換機要強大,但速度相對也慢,價格昂貴,第三層交換機既有交換機線速轉發報文能力,又有路由器良好的控制功能,因此得以廣泛應用。

 


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