一．中繼器（Repeater）
由于傳輸線路的噪音的影響，承載信息的模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)只能被傳輸有限的距離。信元通過(guò)信道傳輸時(shí)受噪音影響信號(hào)會(huì)逐漸衰減，例如通過(guò)雙絞線互聯(lián)的以太網(wǎng)有效傳輸距離一般在百米左右。當(dāng)我們?cè)噲D建立一個(gè)傳輸距離達(dá)上千上萬(wàn)米的局域網(wǎng)（如校園網(wǎng)）時(shí)，就可以用中繼器將該局域網(wǎng)的范圍進(jìn)行延伸。
中繼器本質(zhì)上是一個(gè)信號(hào)放大器（類似音響功放機(jī)），它將從一端收到的信號(hào)放大后發(fā)送到另一端中，從而起到擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)連網(wǎng)距離的作用。中繼器只起電氣信號(hào)的放大和整形作用，沒(méi)有邏輯判斷和處理能力，故它工作在物理層，無(wú)論高層采用什么協(xié)議均與中繼器無(wú)關(guān)。
理論上說(shuō)，可以用中繼器把網(wǎng)絡(luò)延長(zhǎng)到任意長(zhǎng)的傳輸距離，然而在很多網(wǎng)絡(luò)上都限制了一對(duì)工作站之間加入中繼器的數(shù)目。例如在以太網(wǎng)中最多使用四個(gè)中繼器，即最多由五個(gè)網(wǎng)絡(luò)段組成。
二．集線器（Hub）
全網(wǎng)連接需要的電線數(shù)量（N(N–1)/2）與工作站數(shù)量N的平方成正比。網(wǎng)絡(luò)中各臺(tái)計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)連接的形式和方法稱為網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。先有總線型拓?fù)洌笥懈牧嫉沫h(huán)形拓?fù)?，這兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的兩點(diǎn)之間往往采用中繼器延長(zhǎng)傳輸距離。它們結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用電纜少，但故障診斷困難，且故障隔離困難。
在環(huán)型網(wǎng)絡(luò)中只存在一個(gè)物理信號(hào)傳輸通道，通過(guò)一條傳輸介質(zhì)來(lái)傳輸所有數(shù)據(jù)，這樣就存在各節(jié)點(diǎn)爭(zhēng)搶信道的矛盾，傳輸效率較低。引入集線器這一網(wǎng)絡(luò)集線設(shè)備后，每一個(gè)站是用它自己專用的傳輸介質(zhì)連接到集線器的，各節(jié)點(diǎn)間不再只有一個(gè)傳輸通道，各節(jié)點(diǎn)發(fā)回來(lái)的信號(hào)通過(guò)集線器集中，集線器再把信號(hào)整形、放大后發(fā)送到所有節(jié)點(diǎn)上，這樣至少在上行通道上不再出現(xiàn)碰撞現(xiàn)象。
當(dāng)我們?cè)噲D使用RJ45雙絞線組成星型局域網(wǎng)時(shí)，就需要一個(gè)集線器了，集線器作為網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞闹悬c(diǎn)。集線器實(shí)質(zhì)還是中繼器，其區(qū)別僅在于集線器能夠提供更多的端口服務(wù)，所以集線器又叫多口中繼器（類似常見(jiàn)的電話/電視三通分線器）。集線器和中繼器一樣屬于純硬件底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它是一個(gè)多端口的信號(hào)放大設(shè)備，同樣工作于物理層。
集線器采用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect，即載波監(jiān)聽多路訪問(wèn)/沖突檢測(cè)）的廣播訪問(wèn)方式。故當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)會(huì)出項(xiàng)廣播風(fēng)暴，性能會(huì)受到很大的影響。
集線器是最簡(jiǎn)單的互聯(lián)組網(wǎng)設(shè)備，利用集線器連接的局域網(wǎng)叫共享式局域網(wǎng)。集線器不管有多少個(gè)端口，所有端口都是共享一條帶寬，在同一時(shí)刻只能有兩個(gè)端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待，同時(shí)集線器只能工作在半雙工模式下。集線器發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，有沖突，就重發(fā)。通過(guò)不斷地重發(fā)，來(lái)消除沖突。因?yàn)榧€器所有端口處于同一廣播域和同一沖突域中，所以集線器只能利用到實(shí)際帶寬的30%-40%。
三．網(wǎng)橋（Bridge）
在局域網(wǎng)通信都是通過(guò)ARP廣播來(lái)決定目的主機(jī)的地址的， 為了減小在集線共享環(huán)境中的介質(zhì)爭(zhēng)用（也就是沖突），網(wǎng)橋產(chǎn)生了，它的作用是將廣播域劃分為一個(gè)一個(gè)小的沖突域（減少），這樣便增大了可用的帶寬，但是廣播域還是沒(méi)有變。從這里可以看出，網(wǎng)橋不涉及邏輯地址，所以它工作在數(shù)據(jù)鏈路層，并且端口很少（注意與后面的交換機(jī)區(qū)別），最后是網(wǎng)橋常常是基于軟件的，因此可以處理上層事務(wù)。
網(wǎng)橋類似于中繼器，連接兩個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)段，但它是在數(shù)據(jù)鏈路層連接兩個(gè)網(wǎng)段。網(wǎng)橋根據(jù)MAC地址來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)幀，剛開始的時(shí)候網(wǎng)橋不知道網(wǎng)絡(luò)上的主機(jī)在哪個(gè)網(wǎng)段對(duì)應(yīng)哪個(gè)端口，因此它只有把收到的幀向所有端口（網(wǎng)段）廣播。當(dāng)網(wǎng)橋接收到第一個(gè)幀時(shí)它就知道了發(fā)送此幀的主機(jī)的地址，因?yàn)榈刂钒趲?。這樣，網(wǎng)橋通過(guò)動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)建立起過(guò)濾數(shù)據(jù)庫(kù)（也就是人們熟知的轉(zhuǎn)發(fā)表），其中記錄了主機(jī)（MAC）地址與端口的映射關(guān)系。
網(wǎng)橋檢查幀的源（MAC）地址和目的（MAC）地址，根據(jù)過(guò)濾數(shù)據(jù)庫(kù)判斷如果目的地址和源地址不在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段上，就把幀轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段上；如果兩個(gè)地址在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段上，則不轉(zhuǎn)發(fā)，所以網(wǎng)橋能起到過(guò)濾幀的作用。
網(wǎng)間通信從網(wǎng)橋傳送，而網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的通信被網(wǎng)橋隔離。網(wǎng)橋的這種幀過(guò)濾特性很有用，當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)由于負(fù)載很重而性能下降時(shí)可以用網(wǎng)橋把它分成兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)段并使得段間的通信量保持最小。例如，把分布在兩層樓上的網(wǎng)絡(luò)分成每層一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段，段間用網(wǎng)橋連接。這樣將一個(gè)邏輯上單一的LAN分成多個(gè)局域網(wǎng)，以調(diào)節(jié)載荷、提高通信效率?？梢钥闯?，網(wǎng)橋在一定條件下具有增加網(wǎng)絡(luò)帶寬的作用。同時(shí)，由于網(wǎng)橋的隔離作用，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段上的故障不會(huì)影響另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)段，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的可靠性。
四．交換機(jī)（Switch）
交換機(jī)是使用硬件來(lái)完成以往網(wǎng)橋使用軟件來(lái)完成的過(guò)濾、學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程的任務(wù)，由于具有多個(gè)端口，所以也叫做多口橋，故它同網(wǎng)橋一樣工作于數(shù)據(jù)鏈路層。交換機(jī)是一種專用的基于硬件的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所以具有比基于軟件的網(wǎng)橋更高的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力。同時(shí)，交換機(jī)還整合了集線器的功能，因此也被稱作交換式集線器。交換機(jī)具有強(qiáng)大的交換矩陣運(yùn)算能力，能執(zhí)行端口之間的全雙工通信。
交換機(jī)與集線器的區(qū)別在于集線器是共享內(nèi)部帶寬的，交換機(jī)兩點(diǎn)之間連接都是全帶寬的。交換式網(wǎng)絡(luò)避免了共享式網(wǎng)絡(luò)的不足，交換技術(shù)的作用便是根據(jù)所傳遞信息包的目的地址，將每一信息包獨(dú)立地從端口送至目的端口，避免了與其它端口發(fā)生碰撞，提高了網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際吞吐量。
交換機(jī)具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的功能，有沖突的時(shí)候先把沖突的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，然后等到通道空閑時(shí)就轉(zhuǎn)發(fā)，這就節(jié)省了客戶機(jī)的負(fù)擔(dān)，加快了傳輸?shù)乃俾省４送?，交換機(jī)速度比集線器快，這是由于集線器不知道目標(biāo)地址在何處，廣播數(shù)據(jù)到所有的端口；而交換機(jī)內(nèi)置ARP映射表，在不知道目標(biāo)地址的情況下才廣播，然后存入ARP記錄表，下次就直接發(fā)往目標(biāo)端口了。
交換機(jī)除了具有橋接（也就是隔絕沖突）和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報(bào)之外，還具有其他高級(jí)特性：比如說(shuō)vlan(虛擬局域網(wǎng))，port trunking（鏈路聚合），spanning tree（生成樹）等等特性，高端的交換機(jī)還具有路由功能。
五．網(wǎng)卡（NIC）
網(wǎng)絡(luò)接口卡（NIC，Network Interface Card），又稱網(wǎng)絡(luò)適配器（NIA-Network Interface Adapter），簡(jiǎn)稱網(wǎng)卡。用于實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)電纜之間的物理連接，為計(jì)算機(jī)之間相互通信提供一條物理通道，并通過(guò)這條通道進(jìn)行高速數(shù)據(jù)傳輸。
網(wǎng)卡工作在OSI的最后兩層，物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。物理層定義了數(shù)據(jù)傳送與接收所需要的電與光信號(hào)、線路狀態(tài)、時(shí)鐘基準(zhǔn)、數(shù)據(jù)編碼和電路等，并向數(shù)據(jù)鏈路層 設(shè)備提供標(biāo)準(zhǔn)接口。物理層的芯片稱之為PHY。數(shù)據(jù)鏈路層則提供尋址機(jī)構(gòu)、數(shù)據(jù)幀的構(gòu)建、數(shù)據(jù)差錯(cuò)檢查、傳送控制、向網(wǎng)絡(luò)層提供標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)接口等功能。
一般所說(shuō)的網(wǎng)卡基本上是指以太網(wǎng)卡，以太網(wǎng)技術(shù)基本都集成在了網(wǎng)卡中。以太網(wǎng)卡中數(shù)據(jù)鏈路層的芯片稱之為MAC控制器。很多網(wǎng)卡的這兩個(gè)部分是做到一起的。他們之間的關(guān)系是PCI總線接MAC總線，MAC接PHY，PHY接網(wǎng)線（當(dāng)然也不是直接接上的，還有一個(gè)變壓裝置）。
在設(shè)備管理器中展開“網(wǎng)絡(luò)適配器”，看到其中之一為“Atheros AR8131 PCI-E Gigabit Ethernet Controller”，其中“PCI-E”為主板上的總線類型，即PCI-Express。“Ethernet”表示Media Supported為IEEE 802.3（Ethernet）。
在任務(wù)管理器“聯(lián)網(wǎng)”項(xiàng)中查看到“本地連接”的”線路速度”（Link speed）為“100 Mbps”。這個(gè)即我們常說(shuō)的100兆網(wǎng)卡，100 Mbps是傳輸速率，指網(wǎng)卡的傳輸I/O帶寬，是對(duì)網(wǎng)卡負(fù)載能力的一種描述。使用帶寬為2Mbps的寬帶上網(wǎng)，理論下載（下行）速度可達(dá)2*1024/8=256 KB/s，網(wǎng)卡“網(wǎng)絡(luò)使用率”最大為2%。
六．路由器（Router）
到網(wǎng)絡(luò)這一層，機(jī)器以IP地址唯一標(biāo)識(shí)，因此到網(wǎng)絡(luò)層能夠消除底下兩層的協(xié)議差異。工作于網(wǎng)絡(luò)層的路由器用于連接多個(gè)邏輯上分開的網(wǎng)絡(luò)，幾個(gè)使用不同協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)（例如以太網(wǎng)與令牌環(huán)網(wǎng)），屏蔽了異構(gòu)子網(wǎng)的差異性。
由于路由器工作于網(wǎng)絡(luò)層，它處理的信息量比網(wǎng)橋要多，因而處理速度比網(wǎng)橋慢。但路由器的互聯(lián)能力強(qiáng)，可以執(zhí)行復(fù)雜的路由選擇算法。在具體的網(wǎng)絡(luò)互連中，采用路由器還是采用網(wǎng)橋，取決于網(wǎng)絡(luò)管理員的需要和具體的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在大型網(wǎng)絡(luò)的組建中，往往使用骨干路由器與核心交換機(jī)相輔相成。
路由器的作用除了連接不同的網(wǎng)絡(luò)、對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)之外，另一個(gè)最重要的功能就是計(jì)算源IP地址到目的IP地址之間的最佳路由（即最短路徑，以經(jīng)歷的跳數(shù)（hop）為標(biāo)準(zhǔn)），“就近”選擇信息傳送最暢快的通路，從而提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的速度。路由器內(nèi)部有一張路由表，其實(shí)就是一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)了網(wǎng)絡(luò)中各IP的路由，從而用一定的算法算出最佳的路由。
七．網(wǎng)關(guān)（Gateway）
網(wǎng)關(guān)是一種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)連結(jié)設(shè)備，它工作在OSI的高三層（會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層），它用于連接網(wǎng)絡(luò)層之上執(zhí)行不同功能的子網(wǎng)，組成異構(gòu)的互連網(wǎng)。網(wǎng)關(guān)具有對(duì)不兼容的高層協(xié)議進(jìn)行轉(zhuǎn)換的功能。例如使用Netware的PC工作站和SNA網(wǎng)絡(luò)互連，兩者不僅硬件不同，而且整個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和使用的協(xié)議都不同，為了實(shí)現(xiàn)異構(gòu)設(shè)備之間的通信，網(wǎng)關(guān)要對(duì)不同的傳輸層、會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層協(xié)議進(jìn)行翻譯和變換。
網(wǎng)關(guān)一般作為子網(wǎng)與外界通信的關(guān)口，它實(shí)質(zhì)上是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通向其他網(wǎng)絡(luò)的IP地址。只有設(shè)置好網(wǎng)關(guān)的IP地址，TCP/IP協(xié)議才能實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的相互通信。那么這個(gè)IP地址是哪臺(tái)機(jī)器的IP地址呢？網(wǎng)關(guān)的IP地址是具有路由功能的設(shè)備的IP地址，具有路由功能的設(shè)備有路由器、啟用了路由協(xié)議的服務(wù)器（實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于一臺(tái)路由器）、代理服務(wù)器（也相當(dāng)于一臺(tái)路由器）等，通常使用路由器作為網(wǎng)關(guān)。
在TCP/IP網(wǎng)絡(luò)體系中，網(wǎng)關(guān)的基本作用是根據(jù)目的IP地址的網(wǎng)絡(luò)號(hào)與子網(wǎng)號(hào)，選擇最佳的出口對(duì)IP分組進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)段的數(shù)據(jù)通信。因此，網(wǎng)關(guān)又稱網(wǎng)間連接器、協(xié)議轉(zhuǎn)換器。
參考：
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