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轉發器、集線器、網橋、交換機、路由器和閘道器簡介

        轉發器、集線器、網橋、交換機、路由器和閘道器都是網路互連裝置。 

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)的資料中繼,實現電氣訊號的“再生”。用於互連兩個相同型別的網段,主要功能是延伸網段和改變傳輸媒體,從而實現資訊位的轉發。它本身不執行訊號的過濾功能。 

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線起來組成一個區域網。它不具有智慧處理能力,處理的資料只是電流而已,它採用共享頻寬的工作方式,附接埠的所有計算機採用CSMA/CD方式競爭頻寬的使用,任一時刻只能由兩臺計算機之間進行通訊
。 

        集線器屬於純硬體網路底層裝置,基本上不具有類似於交換機的"智慧記憶"能力和"學習"能力。它也不具備交換機所具有的MAC地址表,所以它傳送資料時都是沒有針對性的,而是採用廣播方式傳送。也就是說當它要向某節點發送資料時,不是直接把資料傳送到目的節點,而是把資料包傳送到與集線器相連的所有節點

        這種廣播發送資料方式有兩方面不足:(1)使用者資料包向所有節點發送,很可能帶來資料通訊的不安全因素,一些別有用心的人很容易就能非法截獲他人的資料包;(2)由於所有資料包都是向所有節點同時傳送,加上以上所介紹的共享頻寬方式,就更加可能造成網路塞車現象,更加降低了網路執行效率。(3)非雙工傳輸,網路通訊效率低。

網橋

        網橋(Gate Bridge)負責第二層(資料鏈路層)的資料中繼。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,即資料鏈路層。資料鏈路層的作用包括資料鏈路的 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)工作在資料鏈路層,將兩個區域網(LAN)連起來,根據MAC地址(實體地址)來轉發幀,可以看作一個“低層的路由器”(路由器工作在網路層,根據網路地址如IP地址進行轉發)。它可以有效地聯接兩個LAN,使本地通訊限制在本網段內,並轉發相應的訊號至另一網段,網橋通常用於聯接數量不多的、同一型別的網段。

        網橋的儲存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,這意味著構成lan的資料站總數和網段數很容易擴充。網橋納入儲存和轉發功能可使其適應於連線使用不同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路環境。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衝,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,互連相同型別的網路,工作在OSI/RM體系結構的第二層(資料鏈路層)。它採用獨享頻寬的工作方式。它比集線器智慧,網路上的資料是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埠之間建立聯絡,但交換機並不懂得IP地址。 

路由器

        路由器(Router)負責第三層(網路層)的資料中繼。它能理解資料中的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路的就不理會,如果是其他網路的,就將資料包轉發出本地網路。它的作用在於連線相同或不同型別網路,並且能找到網路中資料傳輸最合適的路徑即路由選擇。 

閘道器

        閘道器(Gateway)負責第三層(網路層)以上的資料中繼,實現不同體系結構的網路協議轉換,它通常採用軟體的方法實現,並且與特定的應用服務一一對應。比如:OSI的檔案傳輸服務FTAM和TCP/IP的檔案傳輸服務FTP,儘管二者都是檔案傳輸但是由於所執行的協議不同不能直接進行通訊,而需要閘道器將兩個檔案傳輸系統互連,達到相互進行檔案傳輸的目的。 

        閘道器是一種複雜的網路連線裝置,可以支援不同協議之間的轉換,實現不同協議網路之間的互連。閘道器具有對不相容的高層協議進行轉換的能力,為了實現異構裝置之間的通訊,閘道器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。所以閘道器兼有路由器、網橋、中繼器的特性。

        若要使兩個完全不同的網路(異構網)連線在一起,一般使用閘道器,在Internet中兩個網路也要通過一臺稱為閘道器的計算機實現互聯。這臺計算機能根據使用者通訊目標計算機的IP地址,決定是否將使用者發出的資訊送出本地網路,同時,它還將外界傳送給屬於本地網路計算機的資訊接收過來,它是一個網路與另一個網路相聯的通道。為了使TCP/IP協議能夠定址,該通道被賦予一個IP地址,這個IP地址稱為閘道器地址。

        所以,閘道器的作用就是將兩個使用不同協議的網路段連線在一起的裝置,對兩個網路段中的使用不同傳輸協議的資料進行互相的翻譯轉換。在互連裝置中,由於協議轉換的複雜性,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(資料鏈路層),而路由器一開始就設計工作在OSI模型的網路層。由於交換機工作在OSI的第二層(資料鏈路層),所以它的工作原理比較簡單,而路由器工作在OSI的第三層(網路層),可以得到更多的協議資訊,路由器可以做出更加智慧的轉發決策。 
2)資料轉發所依據的物件不同
        交換機是利用實體地址或者說MAC地址來確定轉發資料的目的地址。而路由器則是利用不同網路的ID號(即IP地址)來確定資料轉發的地址。IP地址是在軟體中實現的,描述的是裝置所在的網路,有時這些第三層的地址也稱為協議地址或者網路地址。MAC地址通常是硬體自帶的,由網絡卡生產商來分配的,而且已經固化到了網絡卡中去,一般來說是不可更改的。而IP地址則通常由網路管理員或系統自動分配。 
3)傳統的交換機只能分割衝突域,不能分割廣播域;而路由器可以分割廣播域
        由交換機連線的網段仍屬於同一個廣播域,廣播資料包會在交換機連線的所有網段上傳播,在某些情況下會導致通訊擁擠和安全漏洞。連線到路由器上的網段會被分配成不同的廣播域,廣播資料不會穿過路由器。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訊交流的,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資料包,不傳送不支援路由協議的資料包傳送和未知目標網路資料包的傳送,從而可以防止廣播風暴。 
        交換機一般用於LAN-WAN的連線,交換機歸於網橋,是資料鏈路層的裝置,有些交換機也可實現第三層的交換。路由器用於WAN-WAN之間的連線,可以解決異性網路之間轉發分組,作用於網路層。他們只是從一條線路上接受輸入分組,然後向另一條線路轉發。這兩條線路可能分屬於不同的網路,並採用不同協議。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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