2019/10/31公佈

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有朋友問，通信的原理是什麼？在了解通信原理之前，我們首先要對通信常用的設備進行熟悉，計算機網路體系中，有幾樣通信設備或者說網路名詞出現的頻率相當的高，它們是中續器、集線器、網橋、交換機、路由器和網關。其實，弄清楚這幾個計算機網路名詞並不困難，如果能以計算機網路層次的概念給它們畫界限的話，那就很容易把它們區分出來。那我現在就有條理地梳理一下它們各自的含義和作用，以及它們之間的聯系。

• 中續器

中續器(Repeater)是連接網路線路的一種裝置，常用於個網路節點之間物理信號的雙向轉發工作。中續器是最簡單的網路互聯設備，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路的長度。它在OSI參考模型中的位置物理層。

由於存在損耗，在線路上傳輸的信號功率會逐漸衰減到一定程度時將造成信號失真因此會導致接收錯誤。中續器就是為解決這一問題的。它完成物理線路的連接，對衰減的信號進行放大，保持寫原數據相同。

中續器是模擬設備，用於連接兩根電纜段。中續器不理解幀、分組和頭的概念，他們只理解電壓值。

一句話總結：中續器，就是簡單的信號放大器，信號在傳輸的過程中是要衰減的，中續器的作用就是將信號放大，使信號能傳的更遠。

• 集線器

集線器(Hub)是中續器的一種形式，區別在於集線器能夠提供多端口服務，也稱為多口中續器。集線器在OSI/RM中的物理層。

一句話總結：集線器，差不多就是個多端口的中續器，把每個輸入端口的信號放大再發到別的端口去，集線器可以實現多台計算機之間的互聯，因為它有很多的端口，每個口都能連計算機。

• 網橋

網橋(Bridge)是一個局域網寫另一個局域網之間建立連接的橋樑。網橋是屬於數據鏈路層的一種設備，它的作用是擴展網路的距離，同時又有選擇地將現有地址的信號從一個傳輸介質送到另一個傳輸介質，並能有效地限制兩個介質系統中無關緊要的通信。

一句話總結：網橋工作在數據鏈路層，將兩個LAN連起來，根據MAC地址來轉發幀，可以看作一個“低層的路由器”。

• 交換機

交換機(Switch)工作在第二層(即數據鏈路層)，它要比集線器智能一些，它能分辦出幀中的源MAC地址和目的的MAC地址。因此可以在任意兩個端口間建立聯系，在數據幀的始發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。光纖交換機通過信息進行重新生成，並經過內部處理後轉發至指定端口，具備自尋址能力和交換作用。但是交換機並不懂得IP地址，它只知道MAC地址。

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。交換機速度比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。而交換機中有一張MAC地址表，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路數據傳輸量，提高效率。但是交換機的功能還不止如此，它可以把網路拆解成網路分支、分割網路數據流隔離分支中發生的故障，這樣就可以減少每個網路分支的數據信息流量而使每個網路更有效，提高整個網路效率。

現代交換機是這樣處理數據幀的：一旦目標頭域 (目標地址) 已經進來了，盡管幀的其他部分還沒到達，則只要輸出線路可以使用，交換機就開始轉發該幀，而不需理會幀後面的內容，也即是說交換機並沒有使用“存儲一轉發”交換方式。

一句總結：交換機，可以理解為高級的網橋，他有網橋的功能，但性能比網橋強。交換機和網橋的細微差別就在於：交換機常常用來連接獨立的計算機，而網橋連接的目標是LAN，所以交換機的端口較網橋多。

• 路由器

路由器(Router)工作在第三層 (機網路層)，它比交換機還要“聰明”一些，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路的就不理會，如果是其他網路的，就將數據包轉發出本地網路。寫工作在網路物理層，從物理上劃分網段的交換機不同，路由器使用專門的軟件協議從邏輯上對整個網路進行劃分。例如，一台支持IP協議的路由器可以把網路劃分成多個子網段，只有指向特殊IP地址的網路流量才可以通過路由器。當IP子網中的一台主機發送IP分組給同一IP子網的另外一台主機時，它將直接把IP分組送到網路上，對方就能收到。而要送給下同IP於網上的主機時，它要選擇一個能到達目的子網上的路由器，把IP分組送給該路由器，由路由器負責把IP分組送達到目的地。如果沒有找到這樣的路由器，主機就把IP分組送給一個稱為“缺省網關(Default gateway)”的路由器上。對於一個接收到的數據包，路由器都會重新計算其校驗值，並寫入新的物理地址。網路中的設備用它們的網路地址 (TCP/IP網路中為IP地址) 互相通信。IP地址是寫硬件地址無關的“邏輯”地址。目前TCP/IP網路，全部是通過路由器互連起來的，Internet就是成千上萬個IP子網通過路由器互連起來的國際性網路。

路由器用於連接多個邏輯上分開的網路，幾個使用不同協議和體系結構的網路。路由器利用網路層定義的“邏輯”上的網路地址 (即IP地址) 來區別不同的網路，實現網路的互連和隔離，保持各個網路的獨立性。當一個子網傳輸到另外一個子網時，可以用路由器完成。它具有判斷網路地址和選擇路徑的功能，過濾和分隔網路信息流。一方面能夠跨越不同的物理網路類型(DDN、FDDI、以太網等等)，另一方面在邏輯上將整個互連網路分割成邏輯上獨立的網路單位，使網路具有一定的邏輯結構。

一句話總結：路由器的主要工作就是為經過路由器的每個IP數據包尋找一條最佳傳輸路徑，並將該數據有效地傳送到目的地站點。路由器的基本功能是，把數據 (IP報文) 傳送到正確的網路。

• 網關

網關 (Gateway) 又稱網間連接器。網關在網路層以上實現網路互連，是最復雜的網路互連設備，僅用於兩個高層協議不同的網路連接。網關既可以用於廠域網互連，也可以用於局域網互連。網關是一種充當轉換重任的計算機系統或設備。使用在不同的通信協議，數據格式或語言，甚至體系結構完全不同的兩種系統之間，網路是一個翻譯器。寫網橋只是簡單地傳達信息不同，網關對收到的信息要重新打包，以適應目的系統的需求。

一句話總結：網關，通過字面意思解釋就是網路的關口。從技術角度來解釋，就是連接兩個不同網路的連接口，比如局域網的共享上服務器就是局域網和廠域網的接口。

最後有兩個注意問題：

1、交換機和路由器的區別？

從應用上說：

交換機和路由器的使用中最大的區別莫過於路由器內部可實現撥號上網，然後通過共享給多台電腦時上網，而交換機內部不具有撥號功能，但交換機的作用是將網路信號分流，以實現更多電腦連接共享上網。

大家可以這樣認為，交換機可以將多台電腦連接起來，寫交換機互連的電腦本身則具備了互相通信的功能，組建成了一個內部局域網，但需要訪問互聯網還需要有網路支持，因此交換機一端需要連接到路由器，路由器即可實現交換功能，還可以撥號，實現寬帶連接，並將寬帶資源分配交換機使用，這樣就實現了多台電腦共享上網。

從概念上說：

路由，是三層設備，有選擇道路的作用。比如你去羅馬，有很多路可以走，怎麼走省錢省時間，就是路由要做的，解決你應該按照那條路走的問題。當然還有基於三層的其他功能。

交換機，是二層設備。他就像你家門前的如或者你們樓道，附近的住戶都知道去幾層幾號怎麼走。

舉個例子說明路由器和交換機的配合：我要去找小明借電腦，小明說他不在家，叫我自己去拿吧，同時還告訴我他家的地址是XX路XX小區XX號 (好比ip地址)，我根據小明告訴我的地址找到了小明的家 (路由器的功能，尋找路徑)。我進門發現他家居然有10台電腦，哪一台是借給我的那台呢？噢，原來小明還告訴我他要借給我的電腦的編號 (MAC地址)，那樣我就可以根據編號找到相應的電腦了。

在上述的例子中，如果我沒有路由器，我就不知道怎麼去小明家，更不用說拿到電腦，如果我沒有拿到所需的電腦編號，我也拿不到電腦，因為有十台電腦，我不能亂拿；有個特殊情況，如果小明家只有一台電腦呢？那我就不需要編號就可以確定拿哪台電腦，也就是不需要交換機。

2、為什麼有時候還要在路由器的後面先接1台交換機再接計算機？

路由器是可以直接接電腦等終端設備，為什麼標準都是路路由器接交換機然後再接電腦等終端，是因為路由器本來就是一個路由設備，用來選路的，不適合大量的數據交換，交換機是用來大量數據交換的，終端在內網的性質就是需要使用交換機，所以標準就是路由器地下接交換機的形式。一般是情況就是在路由器下面接交換機，路由器主要起數據轉發，也就是尋址、路由的功能，交換機起到用戶接入的目的。但是家用的路由器的話直接計算就可以了，而不必考慮再接交換機。