网络设备解析：中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关的区别

摘要：在学习计算机网络的时候，你是不是经常好奇，不同计算机之间是怎么链接在一块的？是不是像计算机体系结构中的总线结构呢？在进行虚拟机配置的时候，vmware和kvm-quem会主动创建一个网桥，然后将虚拟网卡绑定在网桥上，通过nat进行上网。然而，网桥是一个什么样的设备？虚拟网桥又是什么样的设备？如果是虚拟机之间互相发送数据，数据会经过实际的网卡吗？虚拟机上继续新建虚拟机呢：物理机器上虚拟网桥vbr100 ip=192.168.122.1,挂在上面的虚拟网卡IP=192.168.122.100，接着新建虚拟机，产生新的虚拟网桥br200 ，IP=192.168.122.1会不会和前面物理主机上的虚拟网桥发生冲突？交换机和路由器有哪些区别？本文，主要为你解答这些疑问。

1.中继器 

信号在传输过程中会不断衰减，为了不让信号衰减对通信产生影响，产生了中继器：仅做放大信号用，把信号传导偏远的地方

2.集线器

        试想，如果每个设备只有一个对外接口，那么意味着只能建立一对点好点的通信。为了能够让通信“一对多”，需要将信号复制广播，于是，产生了集线器：把一个端口的信息重复广播到其它7个端口上（假设是8口HUB）。所以HUB也可以叫做multiport repeater。广播会产生冲突，HUB都有碰撞检测功能，有碰撞基本上就是避让，一个人说完了，另一个人再说，所以效率低。

集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层，即“物理层”。集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用CSMA/CD（一种检测协议）介质访问控制机制.

2.1集线器原理

基本上不具有类似于交换机的"智能记忆"能力和"学习"能力。它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点。

3.网桥

    现在，我们有了集线器，但是这带来一个问题，多个集线器连接在一起，但是由于是广播通信，互相冲突，所以我们现在需要一种设备，能够有效隔离子网。让广播通信仅仅在于一个局部：网桥。

    网桥也是数据链路层设备，把一个局域网一分为2，中间用网桥连接，这样A发给BCD的数据就不会再广播到EFGH了。

3.1网桥的工作原理

    上图是用一个网桥连接的两个网络，网桥的A端口连接A子网，B端口连接B子网，为什么网桥知道哪些数据包该转发，哪些包不该转发呢？那是因为它有两个表A和B，当有数据包进入端口A时，网桥从数据包中提取出源MAC地址和目的MAC地址。

    一开始的时候，表A和表B都是空的，没有一条记录，这时，网桥会把数据包转发给B网络，并且在表A中增加一条MAC地址(把源MAC地址记录表中)，说明这个MAC地址的机器是A子网的，同理，当B子网发送数据包到B端口时，网桥也会记录源MAC地址到B表。

    当网桥工作一段时候后，表A基本上记录了A子网所有的机器的MAC地址，表B同理，当再有一个数据包从A子网发送给网桥时，网桥会先看看数据包的目的MAC地址是属于A子网还是B子网的，如果从A表中找到对应则，抛弃该包（因为该包在HUB中已经被转发），如果不是，则转发给B子网，然后检查源MAC地址，是否在表中已经存在，如果不存在，在表A中增加一条记录。

    噢，或许你现在会问了，为什么需要两张表呢，一张表不行么？？嗯～刚才把表一分为二是为了便于理解，实际上，真正的网桥里面存的应该是一张表(当然有可能为了提速，或者其他原因，它也可能把信息存为多张表，这个得看它怎么实现了～)，如果是一张信息表，表里记录的应该是：MAC-PortNum，所以它是具有学习功能的。

    网桥相当于二层交换机它可以在Layer2“桥接”两个网段。它比HUB强一些的是，它分离了两个网段，不会把一个网段内部的packet广播到另一个网段。因此，两个网段之间不会产生不必要的信号冲突碰撞。举例：AB在桥东，CD在桥西，AB对话时，CD也可以对话。AC对话时，BD大致要避让。

4.交换机

4.1交换机的产生：

    注意到，网桥只有两个端口。随着网络设备的发展，逐渐产生了多个端口的“网桥”，但是由于网桥是数据链路层的广播通信，A和G通信的时候，B和F就没法通信——一个桥上多个通信将产生冲突。为了能够实现多对多的通信，于是产生了交换机。

    在交换机中，A和B通信的同时，C和D也可以通信——因为它们分别占用不同的端口。这样，交换机渐渐替代了HUB，成为组建局域网的重要设备。

4.2交换机的原理

    交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过ARP协议学习它的MAC地址，保存成一张ARP表。在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。因此，交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不能划分网络层广播，即广播域。

    也就是说，交换机也有一张表，记录的是port-mac。

4.3交换机的分类：

    按照传输数据包的层次，交换机可以分为一、二.....七层交换机。

5.路由器

    我们知道，交换机工作在数据链路层次。如果现在A节点向未知节点B通信，如果A和B之间通过N（很大）个交换机才连接在一起，那么只用交换机来实现，那么A将数据包发送之后，在到达所有其他端口，如果其他端口不能识别，那么都将进行转发，这样，最终也可以到达B，但是势必产生很多的冗余数据通信。于是，我们有了路由器。

   

5.1路由器的原理

    路由器工作在网络层，可以根据IP来选择对应的端口，当然，这里选择的依据就是路由表。

6.网关:IP网关=路由器

6.1产生背景与定义

         Gateway就是一扇大门（gate），门里门外是两个不同的网路，有不同的网路协议。

        而从gateway的定义，我们可以推论，路由器可以看作一种gateway的特例，门里门外是相同的两个网路（都讲IP这个语言协议）。所以说gateway比router复杂得多。

 gateway大概要支持信号转换，协议转换，阻抗匹配，波特率转换，故障隔离等功能来实现系统间的互操作性。它还可能需要在两个系统间建立相互可接受的管理程序。

       在现代网络术语中，网关（gateway）与路由器（router）的定义不同。网关（gateway）能在不同协议间移动数据，而路由器（router）是在不同网络间移动数据，相当于传统所说的IP网关（IP gateway）。

       网关顾名思义就是连接两个网络的设备，对于语音网关来说，他可以连接PSTN网络和以太网，这就相当于VOIP，把不同电话中的模拟信号通过网关而转换成数字信号，而且加入协议再去传输。在到了接收端的时候再通过网关还原成模拟的电话信号，最后才能在电话机上听到。

       对于以太网中的网关只能转发三层以上数据包，这一点和路由是一样的。而不同的是网关中并没有路由表，他只能按照预先设定的不同网段来进行转发。网关最重要的一点就是端口映射，子网内用户在外网看来只是外网的IP地址对应着不同的端口，这样看来就会保护子网内的用户。