网络互联设备有哪些？（新手必看）

网络中的互联设备分为物理层互联设备、数据链路层互联设备、网络层互联设备和高层互联设备，下面分别介绍各层互联设备的功能。

物理层互联设备

物理层的互联如下图所示：


主要解决的问题是在不同的电缆段间复制位信号。物理层互联的主要设备是中继器、集线器。

1) 中继器

中继器常用于两个网络节点之间物理信号的双向转发。

中继器在物理层互联中起到的作用是对一个网段传输的数据信号进行放大和整形，并发送到另一个网段上，克服信号经过长距离传输引起的衰减，支持远距离的通信。

一般情况下，中继器的两端连接的是相同的传输介质，但有的中继器也可以完成不同传输介质的转接工作。以太网中通常利用中继器扩展总线的电缆长度，例如，标准细缆以太网的每段长度最大为 185m，最多可有 5 段，增加中继器后，最大网络电缆长度可提高到 925m。一般来说，中继器两端的网络部分是网段而不是子网。

2) 集线器

集线器的使用起源于 20 世纪 90 年代初双绞线以太网标准的应用。集线器除能够进行信号的转发之外，还克服了总线型网络的局限，大大增强了网络的可靠性和可扩充性，因而得到了迅速普及。

集线器是一种特殊的、多端口的中继器，用于连接双绞线或光纤以太网系统，是组成 l0BASE-T、100BASE-T 或 l0BASE-F、100BASE-F 以太网的核心设备。

集线器可分为无源集线器、有源集线器和智能集线器：

• 无源集线器只负责将多段传输介质连在一起，而不对信号本身做任何处理；
• 有源集线器和无源集线器相似，但它还具有放大信号、延伸网段的作用；
• 智能集线器除具有有源集线器的全部功能外，还能够将网络的很多功能集成到集线器中。

数据链路层互联设备

数据链路层的互联如下图所示：


主要用于在不同的网络间存储和转发数据帧。数据链路层互联的主要设备是网桥、交换机。

1) 网桥

网桥工作在 OSI 参考模型的第二层，即数据链路层，是实现局域网之间互联的设备。它将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成单个的逻辑局域网。网桥的功能是完成数据帧的转发，主要目的是在连接的网络间提供透明的通信。

网桥以接收、存储、地址过滤与转发的方式实现两个互联网络之间的通信，达到减少局域网中的通信量，提高整个网络系统性能的目的，并实现大范围局域网的互联。

网桥连接的两个局域网可以基于同一种标准，也可以基于不同类型的标准，并且可以使用不同的传输介质。网桥要对其接收到的数据进行处理，还要传输网络中所有的广播信号，因而增加了时延，降低了网络性能。

和中继器相比较，网桥的主要特点可以归纳如下：

• 网桥可实现不同结构、不同类型局域网的互联，并在不同的局域网之间提供转换功能；而中继器只能实现同类局域网的互联。
• 网桥不受 MAC 定时特性的限制，可互联范围较大的网络；而中继器受 MAC 定时特性的限制，一般只能连接5个网段的以太网，且不能超过一定距离。
• 网桥具有隔离错误信息、保证网络安全的作用；而中继器只能作为数字信号的整形放大器，并不具备检错、纠错功能。
• 利用网桥可以增加网络中工作站的数目，虽然网桥只占一个工作站地址，但它可以将另一个网络中的许多工作站连接在一起；而利用中继器互联的以太网，随着用户数量的增加，总线冲突增多，网络的性能会大大降低。

2) 交换机

交换机是局域网中常用的网络连接设备之一，工作在 OSI 参考模型的第二层，它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。

1993 年，局域网交换设备出现。1994 年，国内掀起了交换网络技术的热潮。交换机是一种具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换设备，体现了复杂交换技术在 OSI 参考模型的第二层的应用。

与桥接器类似，交换机根据每个包中的 MAC 地址相对简单地决策信息转发，而不考虑包中隐藏的更深层次的其他信息。与桥接器不同的是，交换机的转发时延很小，接近单个局域网性能，远远超过了普通桥接网络之间的转发性能。

此外，交换机提供了许多网络互联功能：

• 交换机能经济地将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更大的带宽；
• 协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下可直接安装在多协议网络中；
• 交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网络接口卡，不必做高层的硬件升级；
• 交换机对工作站是透明的，易于管理，简化了网络节点的增加、移动等的操作。

网络层互联设备

网络层的互联如下图所示：


主要解决的问题是在不同的网络间存储和转发分组。网络层互联的主要设备是路由器。

路由器工作在 OSI 参考模型的第三层，即网络层，属于网络层的一种互联设备。如果两个网络的网络层协议相同，则路由器主要解决路由选择问题；如果协议不同，则路由器主要解决协议转换问题。一般来说，异种网络互联与多个子网互联都是采用路由器来完成的。

1) 路由器的功能

路由器是互联网的主要设备，具有如下基本功能：

• 连接功能：路由器不但可以连接不同的局域网，还可以连接不同类型的网络（如城域网或广域网），具有不同速率的链路或子网接口。
• 网络地址判断和最佳路由选择：为经过路由器的每个数据报寻找一条最佳传输路径，并将该数据报有效地传输到目的站点。使用选择最佳路径的策略时，路由算法是路由器的关键，路由器为每一种网络层协议建立路由表，并对其加以维护。每个路由器中保存着一张路由表，路由表中保存着子网的标志信息、网络中路由器的个数以及下一个路由器的地址等内容，供路由选择时使用。路由器除要完成路由选择外，还要完成数据报的转发。当路由器收到一个数据报后，它将根据数据报中的目标IP地址查找路由表，并将此数据报送往对应端口，直至数据报到达目的地。
• 控制管理功能：由于路由器工作在网络层，因此可以了解更多的高层信息，并通过软件协议本身的流量控制功能控制数据转发的流量，以解决拥塞问题。
• 过滤功能：路由器将来自其他网络的不需要的数据报阻挡在网络之外，从而有效地减少了网络之间的通信量，提高了网络的利用率。

2) 路由表的相关概念

路由表一般可分为静态路由表和动态路由表两种：

• 静态（Static）路由表：由网络管理员事先设置好的固定路由表称为静态路由表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变；
• 动态（Dynamic）路由表：动态路由表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整形成的路由表。路由器根据路由协议（Routing Protocol）提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算出数据传输的最佳路径。

高层互联设备

传输层及以上各层协议不同的网络之间的互联属于高层互联，如下图所示：


实现高层互联的主要设备是网关。

网关工作在 OSI 参考模型的高层（即传输层到应用层），它既可以是一个专用设备，也可以作为硬件平台，由软件实现其功能。网关一般用于不同类型、不同协议、差别较大的网络系统之间的互联。

网关实现的网络间的互联包括使用不同操作系统的网络间的互联和局域网与互联网间的互联。

网关除具有路由器的功能之外，其主要功能是实现异种网之间传输层以上的协议转换，它相当于语言交流中的翻译。网关的协议转换针对某种特殊的应用协议或者有限的特殊应用。

1) 网关的使用

网关用于以下几种场合的异构网络互联：

• 异构型局域网的互联。例如，专用交换网与遵循IEEE 802标准的局域网的互联；
• 局域网与广域网的互联；
• 广域网与广域网的互联；
• 局域网与主机的互联。当主机的操作系统与网络操作系统不兼容时，可以通过网关连接。

2) 网关的分类

按照不同的分类标准，网关也可分为很多种。目前，网关主要有以下 3 种：

• 协议网关：通常在使用不同协议的网络区域间完成协议转换；
• 应用网关：在应用层连接两部分应用程序的网关，是在使用不同数据格式的系统间翻译数据；
• 安全网关：各种技术的融合，具有重要且独特的保护作用，工作范围从协议级过滤到十分复杂的应用级过滤。