中繼器,集線器,交換機,網橋,網關,路由器的功能作用及區別


中繼器(RP repeater)是連接網絡線路的一種裝置,常用於兩個網絡節點之間物理信號的雙向轉發工作。
       中繼器是最簡單的網絡互聯設備,主要完成物理層的功能,負責在兩個節點的物理層上按位傳遞信息,完成信號的復制、調整和放大功能,以此來延長網絡的長度。由於存在損耗,在線路上傳輸的信號功率會逐漸衰減,衰減到一定程度時將造成信號失真,因此會導致接收錯誤。中繼器就是為解決這一問題而設計的。它完成物理線路的連接,對衰減的信號進行放大,保持與原數據相同。一般情況下,中繼器的兩端連接的是相同的媒體,但有的中繼器也可以完成不同媒體的轉接工作。從理論上講中繼器的使用是無限的,網絡也因此可以無限延長。事實上這是不可能的,因為網絡標准中都對信號的延遲范圍作了具體的規定,中繼器只能在此規定范圍內進行有效的工作,否則會引起網絡故障

集線器的英文稱為“Hub”“Hub”中心的意思,集線器的主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大,以擴大網絡的傳輸距離,同時把所有節點集中在以它為中心的節點上。它工作於OSI(開放系統互聯參考模型)參考模型第一層,即物理層。集線器與網卡、網線等傳輸介質一樣,屬於局域網中的基礎設備,采用CSMA/CD(一種檢測協議)訪問方式。  
       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。集線器的同一時刻每一個端口只能進行一個方向的數據通信,而不能像交換機那樣進行雙向雙工傳輸,網絡執行效率低,不能滿足較大型網絡通信需求。
       正因如此,盡管集線器技術也在不斷改進,但實質上就是加入了一些交換機(SWITCH)技術,發展到了今天的具有堆疊技術的堆疊式集線器,有的集線器還具有智能交換機功能。可以說集線器產品已在技術上向交換機技術進行了過渡,具備了一定的智能性和數據交換能力。但隨着交換機價格的不斷下降,僅有的價格優勢已不再明顯,集線器的市場越來越小,處於淘汰的邊緣。盡管如此,集線器對於家庭或者小型企業來說,在經濟上還是有一點誘惑力的,特別適合家庭幾台機器的網絡中或者中小型公司作為分支網絡使用。

網橋和交換機屬於OSITCP/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。
網橋通常有透明網橋和源路由選擇網橋兩大類。
1、透明網橋
簡單的講,使用這種網橋,不需要改動硬件和軟件,無需設置地址開關,無需裝入路由表或參數。只須插入電纜就可以,現有LAN的運行完全不受網橋的任何影響。
2、源路由選擇網橋
       源路由選擇的核心思想是假定每個幀的發送者都知道接收者是否在同一局域網(LAN)上。當發送一幀到另外的網段時,源機器將目的地址的高位設置成1作為標記。另外,它還在幀頭加進此幀應走的實際路徑。 

交換機(SWITCH)是按照通信兩端傳輸信息的需要,用人工或設備自動完成的方法,把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術統稱。廣義的交換機就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備。
       計算機網絡系統中,交換概念的提出是對於共享工作模式的改進。
      交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上,控制電路收到數據包以后,處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC(網卡的硬件地址)NIC(網卡)掛接在哪個端口上,通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口,目的MAC若不存在才廣播到所有的端口,接收端口回應后交換機會學習新的地址,並把它添加入內部地址表中。
     使用交換機也可以把網絡分段,通過對照地址表,交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發,可以有效的隔離廣播風暴,減少誤包和錯包的出現,避免共享沖突。
     總之,交換機是一種基於MAC地址識別,能完成封裝轉發數據包功能的網絡設備。交換機可以學習”MAC地址,並把其存放在內部地址表中,通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑,使數據幀直接由源地址到達目的地址。 
      其實SWITCH的前身就是網橋。交換機是使用硬件來完成以往網橋使用軟件來完成過濾、學習和轉發過程的任務。SWITCH速度比HUB快,這是由於HUB不知道目標地址在何處,發送數據到所有的端口。而SWITCH中有一張路由表,如果知道目標地址在何處,就把數據發送到指定地點,如果它不知道就發送到所有的端口。這樣過濾可以幫助降低整個網絡的數據傳輸量,提高效率。但是交換機的功能還不止如此,它可以把網絡拆解成網絡分支、分割網絡數據流,隔離分支中發生的故障,這樣就可以減少每個網絡分支的數據信息流量而使每個網絡更有效,提高整個網絡效率。目前有使用SWITCH代替HUB的趨勢。

網關實質上是一個網絡通向其他網絡的IP地址。比如有網絡A和網絡B,網絡AIP地址范圍為“192.168.1.1~192. 168.1.254”,子網掩碼為255.255.255.0;網絡BIP地址范圍為“192.168.2.1~192.168.2.254”,子網掩碼為255.255.255.0。在沒有路由器的情況下,兩個網絡之間是不能進行TCP/IP通信的,即使是兩個網絡連接在同一台交換機(或集線器)上,TCP/IP協議也會根據子網掩碼(255.255.255.0)判定兩個網絡中的主機處在不同的網絡里。而要實現這兩個網絡之間的通信,則必須通過網關。如果網絡A中的主機發現數據包的目的主機不在本地網絡中,就把數據包轉發給它自己的網關,再由網關轉發給網絡B的網關,網絡B的網關再轉發給網絡B的某個主機(如附圖所示)。網絡B向網絡A轉發數據包的過程也是如此。
        現在有很多的硬件網關設備,但從根本上說,網關不能完全歸為一種網絡硬件。用概括性的術語來講,它們應該是能夠連接不同網絡的軟件和硬件的結合產品。特別地,它們可以使用不同的格式、通信協議或結構連接起兩個系統。網關實際上通過重新封裝信息以使它們能被另一個系統讀取。為了完成這項任務,網關必須能運行在O S I 模型的幾個層上。網關必須同應用通信,建立和管理會話,傳輸已經編碼的數據,並解析邏輯和物理地址數據。
      由於網關具有強大的功能並且大多數時候都和應用有關,一般來講它們比路由器的價格要貴一些。另外,由於網關的傳輸更復雜,它們傳輸數據的速度要比網橋或路由器低一些。正是由於網關較慢,它們有造成網絡堵塞的可能。然而,在某些場合,只有網關能勝任工作。常見的網關如下: 
電子郵件網關:通過這種網關可以從一種類型的系統向另一種類型的系統傳輸數據。例如,電子郵件網關可以允許使用A電子郵件的人與使用B電子郵件的人相互通信。 
IBM主機網關:通過這種網關,可以在一台個人計算機與IBM大型機之間建立和管理通信。 
因特網網關:這種網關允許並管理局域網和因特網間的接入。因特網網關可以限制某些局域網用戶訪問因特網。反之亦然。
局域網網關:通過這種網關,運行不同協議或運行於O S I 模型不同層上的局域網網段間可以相互通信。路由器甚至只用一台服務器都可以充當局域網網關。局域網           網關也包括遠程訪問服務器。它允許遠程用戶通過撥號方式接入局域網。

路由器是一種連接多個網絡或網段的網絡設備,它能將不同網絡或網段之間的數據信息進行“翻譯,以使它們能夠相互懂對方的數據,從而構成一個更大的網絡。
路由器(ROUTER)位於網絡層,用於連接多個邏輯上分開的網絡,幾個使用不同協議和體系結構的網絡。當一個子網傳輸到另外一個子網時,可以用路由器完成。它具有判斷網絡地址和選擇路徑的功能,過濾和分隔網絡信息流。一方面能夠跨越不同的物理網絡類型(DDNFDDI、以太網等等),另一方面在邏輯上將整個互連網絡分割成邏輯上獨立的網絡單位,使網絡具有一定的邏輯結構。
對於不同規模的網絡,路由器作用的側重點有所不同:
1、在主干網上,路由器的主要作用是路由選擇。主干網上的路由器,必須知道到達所有下層網絡的路徑。這需要維護龐大的路由表,並對連接狀態的變化作 出盡可能迅速的反應。路由器的故障將會導致嚴重的信息傳輸問題。
2、在地區網中,路由器的主要作用是網絡連接和路由選擇,即連接下層各個基層網絡單位——園區網,同時,負責下層網絡之間的數據轉發。
3、在園區網內部,路由器的主要作用是分隔子網。早期的互連網基層單位是局域網(LAN),其中所有主機處於同一個邏輯網絡中。隨着網絡規模的不斷擴大,局域網演變成以高速主干和路由器連接的多個子網所組成的園區網。在其中,各個子網在邏輯上獨立,而路由器就是唯一能夠分隔它們的設備,它負責子網間的報文轉發和廣播隔離,在邊界上的路由器則負責與上層網絡的連接。

中繼器(RP repeater)是連接網絡線路的一種裝置,常用於兩個網絡節點之間物理信號的雙向轉發工作。
       中繼器是最簡單的網絡互聯設備,主要完成物理層的功能,負責在兩個節點的物理層上按位傳遞信息,完成信號的復制、調整和放大功能,以此來延長網絡的長度。由於存在損耗,在線路上傳輸的信號功率會逐漸衰減,衰減到一定程度時將造成信號失真,因此會導致接收錯誤。中繼器就是為解決這一問題而設計的。它完成物理線路的連接,對衰減的信號進行放大,保持與原數據相同。一般情況下,中繼器的兩端連接的是相同的媒體,但有的中繼器也可以完成不同媒體的轉接工作。從理論上講中繼器的使用是無限的,網絡也因此可以無限延長。事實上這是不可能的,因為網絡標准中都對信號的延遲范圍作了具體的規定,中繼器只能在此規定范圍內進行有效的工作,否則會引起網絡故障

集線器的英文稱為“Hub”“Hub”中心的意思,集線器的主要功能是對接收到的信號進行再生整形放大,以擴大網絡的傳輸距離,同時把所有節點集中在以它為中心的節點上。它工作於OSI(開放系統互聯參考模型)參考模型第一層,即物理層。集線器與網卡、網線等傳輸介質一樣,屬於局域網中的基礎設備,采用CSMA/CD(一種檢測協議)訪問方式。  
       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。集線器的同一時刻每一個端口只能進行一個方向的數據通信,而不能像交換機那樣進行雙向雙工傳輸,網絡執行效率低,不能滿足較大型網絡通信需求。
       正因如此,盡管集線器技術也在不斷改進,但實質上就是加入了一些交換機(SWITCH)技術,發展到了今天的具有堆疊技術的堆疊式集線器,有的集線器還具有智能交換機功能。可以說集線器產品已在技術上向交換機技術進行了過渡,具備了一定的智能性和數據交換能力。但隨着交換機價格的不斷下降,僅有的價格優勢已不再明顯,集線器的市場越來越小,處於淘汰的邊緣。盡管如此,集線器對於家庭或者小型企業來說,在經濟上還是有一點誘惑力的,特別適合家庭幾台機器的網絡中或者中小型公司作為分支網絡使用。

網橋和交換機屬於OSITCP/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。
網橋通常有透明網橋和源路由選擇網橋兩大類。
1、透明網橋
簡單的講,使用這種網橋,不需要改動硬件和軟件,無需設置地址開關,無需裝入路由表或參數。只須插入電纜就可以,現有LAN的運行完全不受網橋的任何影響。
2、源路由選擇網橋
       源路由選擇的核心思想是假定每個幀的發送者都知道接收者是否在同一局域網(LAN)上。當發送一幀到另外的網段時,源機器將目的地址的高位設置成1作為標記。另外,它還在幀頭加進此幀應走的實際路徑。 

交換機(SWITCH)是按照通信兩端傳輸信息的需要,用人工或設備自動完成的方法,把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術統稱。廣義的交換機就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備。
       計算機網絡系統中,交換概念的提出是對於共享工作模式的改進。
      交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上,控制電路收到數據包以后,處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC(網卡的硬件地址)NIC(網卡)掛接在哪個端口上,通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口,目的MAC若不存在才廣播到所有的端口,接收端口回應后交換機會學習新的地址,並把它添加入內部地址表中。
     使用交換機也可以把網絡分段,通過對照地址表,交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發,可以有效的隔離廣播風暴,減少誤包和錯包的出現,避免共享沖突。
     總之,交換機是一種基於MAC地址識別,能完成封裝轉發數據包功能的網絡設備。交換機可以學習”MAC地址,並把其存放在內部地址表中,通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑,使數據幀直接由源地址到達目的地址。 
      其實SWITCH的前身就是網橋。交換機是使用硬件來完成以往網橋使用軟件來完成過濾、學習和轉發過程的任務。SWITCH速度比HUB快,這是由於HUB不知道目標地址在何處,發送數據到所有的端口。而SWITCH中有一張路由表,如果知道目標地址在何處,就把數據發送到指定地點,如果它不知道就發送到所有的端口。這樣過濾可以幫助降低整個網絡的數據傳輸量,提高效率。但是交換機的功能還不止如此,它可以把網絡拆解成網絡分支、分割網絡數據流,隔離分支中發生的故障,這樣就可以減少每個網絡分支的數據信息流量而使每個網絡更有效,提高整個網絡效率。目前有使用SWITCH代替HUB的趨勢。

網關實質上是一個網絡通向其他網絡的IP地址。比如有網絡A和網絡B,網絡AIP地址范圍為“192.168.1.1~192. 168.1.254”,子網掩碼為255.255.255.0;網絡BIP地址范圍為“192.168.2.1~192.168.2.254”,子網掩碼為255.255.255.0。在沒有路由器的情況下,兩個網絡之間是不能進行TCP/IP通信的,即使是兩個網絡連接在同一台交換機(或集線器)上,TCP/IP協議也會根據子網掩碼(255.255.255.0)判定兩個網絡中的主機處在不同的網絡里。而要實現這兩個網絡之間的通信,則必須通過網關。如果網絡A中的主機發現數據包的目的主機不在本地網絡中,就把數據包轉發給它自己的網關,再由網關轉發給網絡B的網關,網絡B的網關再轉發給網絡B的某個主機(如附圖所示)。網絡B向網絡A轉發數據包的過程也是如此。
        現在有很多的硬件網關設備,但從根本上說,網關不能完全歸為一種網絡硬件。用概括性的術語來講,它們應該是能夠連接不同網絡的軟件和硬件的結合產品。特別地,它們可以使用不同的格式、通信協議或結構連接起兩個系統。網關實際上通過重新封裝信息以使它們能被另一個系統讀取。為了完成這項任務,網關必須能運行在O S I 模型的幾個層上。網關必須同應用通信,建立和管理會話,傳輸已經編碼的數據,並解析邏輯和物理地址數據。
      由於網關具有強大的功能並且大多數時候都和應用有關,一般來講它們比路由器的價格要貴一些。另外,由於網關的傳輸更復雜,它們傳輸數據的速度要比網橋或路由器低一些。正是由於網關較慢,它們有造成網絡堵塞的可能。然而,在某些場合,只有網關能勝任工作。常見的網關如下: 
電子郵件網關:通過這種網關可以從一種類型的系統向另一種類型的系統傳輸數據。例如,電子郵件網關可以允許使用A電子郵件的人與使用B電子郵件的人相互通信。 
IBM主機網關:通過這種網關,可以在一台個人計算機與IBM大型機之間建立和管理通信。 
因特網網關:這種網關允許並管理局域網和因特網間的接入。因特網網關可以限制某些局域網用戶訪問因特網。反之亦然。
局域網網關:通過這種網關,運行不同協議或運行於O S I 模型不同層上的局域網網段間可以相互通信。路由器甚至只用一台服務器都可以充當局域網網關。局域網           網關也包括遠程訪問服務器。它允許遠程用戶通過撥號方式接入局域網。

路由器是一種連接多個網絡或網段的網絡設備,它能將不同網絡或網段之間的數據信息進行“翻譯,以使它們能夠相互懂對方的數據,從而構成一個更大的網絡。
路由器(ROUTER)位於網絡層,用於連接多個邏輯上分開的網絡,幾個使用不同協議和體系結構的網絡。當一個子網傳輸到另外一個子網時,可以用路由器完成。它具有判斷網絡地址和選擇路徑的功能,過濾和分隔網絡信息流。一方面能夠跨越不同的物理網絡類型(DDNFDDI、以太網等等),另一方面在邏輯上將整個互連網絡分割成邏輯上獨立的網絡單位,使網絡具有一定的邏輯結構。
對於不同規模的網絡,路由器作用的側重點有所不同:
1、在主干網上,路由器的主要作用是路由選擇。主干網上的路由器,必須知道到達所有下層網絡的路徑。這需要維護龐大的路由表,並對連接狀態的變化作 出盡可能迅速的反應。路由器的故障將會導致嚴重的信息傳輸問題。
2、在地區網中,路由器的主要作用是網絡連接和路由選擇,即連接下層各個基層網絡單位——園區網,同時,負責下層網絡之間的數據轉發。
3、在園區網內部,路由器的主要作用是分隔子網。早期的互連網基層單位是局域網(LAN),其中所有主機處於同一個邏輯網絡中。隨着網絡規模的不斷擴大,局域網演變成以高速主干和路由器連接的多個子網所組成的園區網。在其中,各個子網在邏輯上獨立,而路由器就是唯一能夠分隔它們的設備,它負責子網間的報文轉發和廣播隔離,在邊界上的路由器則負責與上層網絡的連接。


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