中继器、集线器、网桥、交换机、路由器和网关

前言

理解这些设备的关键是他们运行在不同的层次上。之所以存在不同层的问题，是因为不同的设备使用不同的信息来决定如何交换。在典型的场景中，用户生成某些数据，然后将这些数据发送给一台远程的机器。这些数据先被传输给传输层，传输层会加上一个头（比如TCP）头，然后将结果单元往下传递给网络层。网络层也会加上一个头，形成网络层数据包（比如，形成一个IP包）。然后，该分组再往下到达数据链路层，数据链路层加上它自己的头和校验和（CRC）并将结果帧交给物理层传送出去。

一、中继器、集线器

1.1 中继器

中继器是模拟设备，主要用来处理自己所连线缆上的信号。在一个线缆上的信号被清理、放大，然后在被放到另一个线缆上。中继器并不理解帧、数据包和帧头，它们只知道把比特编码成电压的符号。例如，在经典以太网中，为了将电缆的最大长度从500米扩展到2500米，以太网允许最多使用4个中继器来增强信号。

1.2 集线器

集线器有许多条输入线路，它将这些输入线路连接在一起。从任何一条线路上到达的帧都被发送到所有其他的线路上。如果两帧同时到达，它们将会冲突，就好像它们在同一根同轴电缆上遇到后发生碰撞一样。连接到同一个集线器上的所有线路必须以同样的速度运行。集线器与中继器不同，它们（通常）不会放大入境信号，并且可以有多个输入线路。但是，集线器与中继器一样，都属于物理层设备，因而不会检查链路层地址，也不任何方式使用该地址。

二、网桥、交换机

2.1 网桥

2.1.1 认识网桥

网桥是一种工作在数据链路层的网络设备，通过检查数据链路层地址来转发帧。

网桥连接两个或多个局域网。与集线器一样，一个现代网桥有多个端口，通常具有4~48条某个类型的输入线。与集线器不同的是，网桥的每个端口被隔离成它自己一个冲突域；如果端口是全双工的点到点线路，则需要用到CSMA/CD算法。
网桥比集线器提供了更好的性能，隔离网桥端口还意味着输入线路可以不同的速度运行，甚至可以是不同的网络类型。网桥具有连接到10、100、1000Mbps以太网的端口。从一个端口接受帧并从另一个端口发送出去，需要网桥内部进行缓冲。如果帧的速度大于网桥的重发速度，网桥就可能耗完缓冲空间而不得不丢弃帧。
例如，一个千兆以太网以最快的速度向一个10Mbps以太网倾斜比特流，网桥将不得不缓冲这些比特流，接受端的网桥将可能耗完缓冲空间。即使所有的端口都以相同的速度运行，这个问题还是会存在，因为有可能多个端口往相同的端口发送帧。
网桥最初被用来连接不同种类的局域网，但由于不同局域网之间的差异，比如802.11对服务质量和安全性的要求，而以太网却没有这些概念，网桥处理这些问题的能力不够好。
因此，现代网桥（交换机）通常工作在一种网络类型，用于连接同一种网络的不同设备，然后用路由器连接不同类型的网络。

两个局域网桥接在一起的拓扑情况分两种情况：

1. 连接两个多点LAN的网桥