隨 著寬帶和電腦的普及，很多有2臺以上電腦的家庭和小公司都想自己組建局域網(wǎng)并共享寬帶接入。然而，很多對網(wǎng)絡(luò)不甚了解的用戶，在選用連接設(shè)備時往往鬧出笑 話。比如經(jīng)常在論壇中有人發(fā)貼問：“我要組網(wǎng)，用路由器是不是比交換機好”，“想要無主機共享ADSL，用HUB行嗎”之類明顯概念錯誤的問題。所以，簡 單了解一下常見網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能還是很必要的。

　　 注：如果覺得第一部分長篇大論沒耐心看，可以先看第二部分（形象比喻）。

　　第一部分：理論殿堂

　　第二部分：生動園地

　　 第一部分： 要想真正理解網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能，還得先了解一下OSI參考模型。這個模型是用于幫助不同廠家創(chuàng)建可與對方進行協(xié)同工作的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和軟件等等，最大的特點是分層，但是它仍然只是個邏輯參考模型而非物理模型。

　　OSI參考模型分為7層2組，最高3層定義了端用戶如何進行互相通信；底部4層定義了數(shù)據(jù)是如何端到端的傳輸。

　　整個參考模型由高到低分為：

圖1
　7.應(yīng)用層（Application）:提供用戶接口，用來提供文件,打印,數(shù)據(jù)庫,和其他應(yīng)用程序等服務(wù)。

　　6.表示層（Presentation）:表述數(shù)據(jù)；對數(shù)據(jù)的操作諸如加密,壓縮和翻譯等等。

　　5.會話層（Session）:建立會話,分隔不同應(yīng)用程序的數(shù)據(jù)。

　　4.傳輸層（Transport）:提供可靠（TCP）和不可靠（UDP）的數(shù)據(jù)投遞，即提供端口到端口的連接;在錯誤數(shù)據(jù)重新傳輸前對其進行更正。

　　3.網(wǎng)絡(luò)層（Network）:提供邏輯地址,用于routers的路徑選擇，即路由(routing)。

　　2.數(shù)據(jù)鏈路層（Data Link）:把字節(jié)性質(zhì)的包組成幀；根據(jù)MAC地址提供對傳輸介質(zhì)的訪問;實行錯誤檢測,但是不實行錯誤更正。

　　［幀：第二層的數(shù)據(jù)單元，而且只在第二層中才有意義。］

　　1.物理層（Physical）:在設(shè)備之間傳輸比特(bit)；定義電壓,線速,針腳等物理規(guī)范，定義了物理拓撲結(jié)構(gòu)。

　　最高3層（5～7層）,也稱之為上層(upper layer),主要是操作系統(tǒng)和軟件應(yīng)用。它們不關(guān)心網(wǎng)絡(luò)的具體情況,這些工作是由下4層（1～4層）來完成，絕大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都是工作在下4層。

　　下面我們來看看常見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都是做什么用的：

　　1.    集線器（HUB）

圖2
 

　　顧名思義，集線器就是將網(wǎng)線集中到一起的機器，也就是多臺主機和設(shè)備的連接器。集線器的主要功能是對接收到的信號進行同步整形放大，以擴大網(wǎng)絡(luò) 的傳輸距離，所以它屬于中繼器的一種。區(qū)別僅在于集線器能提供更多的連接端口，而中繼器只是一個1對1的專門延長傳輸距離的連接器。

　　集線器的特點：

　　a.     集線器在OSI模型中屬于第一層物理層設(shè)備，從OSI模型可以看出它只是對數(shù)據(jù)的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對數(shù)據(jù)傳輸中的短幀、碎片等無法進行有效的處理，不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院驼_性。

　　b.     所有端口都是共享一條帶寬，在同一時刻只能有二個端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待，所以只能工作在半雙工模式下，傳輸效率低。如果是個8口的HUB，那么 每個端口得到的帶寬就只有1/8的總帶寬了?，F(xiàn)在市場上的HUB多為10/100Mbps帶寬自適應(yīng)型。

　　c.     而且集線器是一種廣播工作模式，也就是說集線器的某個端口工作的時候，其他所有端口都能夠收聽到信息，容易產(chǎn)生廣播風暴。另外安全性差，所有的網(wǎng)卡都能接收到所發(fā)數(shù)據(jù)，只是非目的地網(wǎng)卡自動丟棄了這個不是發(fā)給它的信息包。

　　［廣播風暴： 當網(wǎng)卡或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備損壞后，會不停地發(fā)送廣播包，從而導(dǎo)致廣播風暴，使網(wǎng)絡(luò)通信陷于癱瘓。］

　　集線器多用于小型局域網(wǎng)組網(wǎng)，不過隨著交換機的整體價格下調(diào)，集線器的性價比明顯偏低，處于淘汰的邊緣了。目前主流集線器主要有8口、16口和 24口等大類，但也有少數(shù)品牌提供非標準端口數(shù)，如4口和12口的，2～3臺電腦的家庭用個4口的10／100Mbps自適應(yīng)的集線器就可以了。有的 HUB會有一個UPLink端口，它是專門用來連接其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如：交換機、路由器等）的。其他還有模塊化、可堆疊等概念屬于高端專業(yè)領(lǐng)域，本文不涉 及。

　　 2.    交換機（SWITCH）

圖3
 

　　交換機是集線器的升級換代產(chǎn)品，外形上和集線器沒什么分別，是一種在通信系統(tǒng)中自動完成信息交換功能的設(shè)備，用途和HUB一樣也是連接組網(wǎng)之用，但是它具有比集線器更強大的功能。

　　交換機的特點：

　　a.     交換機屬于OSI的第二層數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，也就說交換機至少工作在第二層，以MAC地址（網(wǎng)卡等設(shè)備的硬件地址）進行尋址的。順帶一提，現(xiàn)在常見的三層交換機是在二層平臺上提供原屬三層的VLAN和 基于IP路由及交換功能，而四層交換則為基于端口的應(yīng)用，甚至還有七層交換，這屬于高端專業(yè)設(shè)備了，本文不涉及。從OSI模型可以看出交換機不但可以對數(shù) 據(jù)的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過濾短幀、碎片對封裝數(shù)據(jù)包進行轉(zhuǎn)發(fā)等。家庭和小型局域網(wǎng)使用的基本都是純二層交換機。

　?。?font color="#c00000">虛擬局域網(wǎng)（VLAN）： 虛擬網(wǎng)絡(luò)是在整個網(wǎng)絡(luò)中通過網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備建立的虛擬工作組。虛擬網(wǎng)在邏輯上等于OSI模型的第二層的廣播域，與具體的物理網(wǎng)及地理位置無關(guān)。虛擬工作組可 以包含不同位置的部門和工作組，不必在物理上重新配置任何端口，真正實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)用戶與它們的物理位置無關(guān)。VLAN可以理解為在一個大局域網(wǎng)中劃分出的小 局域網(wǎng)，一個VLAN自成一個廣播域，從而達到劃分廣播域的目的。VLAN間路由需要三層設(shè)備。］

　　b.     交換機每個端口都獨占一條帶寬，當二個端口工作時并不影響其他端口的工作，同時交換機不但可以工作在半雙工模式下，而且可以工作在全雙工模式下。打個比方 來說，如果現(xiàn)在使用的是10Mbps 8端口以太網(wǎng)交換機，因每個端口都可以同時工作，所以在數(shù)據(jù)流量較大時，那它的總流量可達到8×10Mbps＝80Mbps?，F(xiàn)在市場上的交換機多為 10/100Mbps自適應(yīng)型。

　　c.     交換機在絕大多數(shù)情況下是一種單播工作模式，它的內(nèi)存中會有一張MAC地址對照表以確定目的MAC的NIC（網(wǎng)卡）掛接在哪個端口上。簡單來說，交換機是 這樣工作的：當一個含有不明目標地址的包傳來時，交換機會先在所有端口廣播，這時目標地址的主機會響應(yīng)發(fā)回一個信息包，那么交換機就會在MAC對照表中記 錄下這個端口的地址，下次再有去這個地址的包，交換機就會直接發(fā)到這個端口而不再廣播了。交換機的這種功能可以稱之為“MAC地址學習”功能，也可以把交 換機的這種工作方式不太準確的理解為“一次廣播，多次單播”。那么在大多數(shù)情況下，只有發(fā)出請求的端口和目的端口之間相互響應(yīng)而不影響其他端口，因此交換 機就能夠隔離沖突域和有效的抑制廣播風暴的產(chǎn)生。

　?。?font color="#c00000">沖突域(collision domain)：域內(nèi)的不同設(shè)備同時發(fā)出的以太網(wǎng) 幀會互相沖突，這個沖突的范圍就是沖突域。處于沖突域里的某個設(shè)備在某個網(wǎng)段發(fā)送數(shù)據(jù)包，強迫該網(wǎng)段的其他所有設(shè)備注意到這個包。而在某一個相同時間里， 不同設(shè)備嘗試同時發(fā)送包，那么將在這個網(wǎng)段導(dǎo)致沖突的發(fā)生，降低網(wǎng)絡(luò)性能。HUB的所有端口就都處在一個沖突域中，而SWITCH的每個端口自成一個沖突 域，從而達到劃分大沖突域目的。］

　　隨著交換機的價格下調(diào)，逐步占據(jù)了集線器的市場，就算在中小規(guī)模的局域網(wǎng)組網(wǎng)中基本都是使用交換機了。而隨著現(xiàn)在局域網(wǎng)組件規(guī)模的增大，致使 VLAN迅速普及，三層交換機也出現(xiàn)在很多公司的網(wǎng)絡(luò)中，三層交換機可以簡單的理解為“基于硬件的路由器＋二層交換機”，三層交換機可以通過路由緩存來記 憶路由，使得需要路由的信息包只路由一次，以后再有去同一目標的包就依靠“記憶”直接轉(zhuǎn)發(fā)了，實現(xiàn)了“一次路由，多次交換”的功能。交換機的端口分類和集 線器相同，現(xiàn)在也有適合家庭的4～5口桌面型交換機，大約100元,用來組建家庭內(nèi)部局域網(wǎng)很合適。
　 3.    路由器（ROUTER）

圖4（點擊看大圖）

　　路由器顧名思義就是進行路由的設(shè)備。而路由是指通過相互連接的網(wǎng)絡(luò)把信息從源地點移動到目標地點的活動。路由器通過路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路由選擇（routing），這也是路由器名稱的由來（router，轉(zhuǎn)發(fā)者）。

　　集線器和交換機都是應(yīng)用于同一網(wǎng)段的設(shè)備，而路由器則完全不同，它是應(yīng)用于不同網(wǎng)段或不同網(wǎng)絡(luò)之間的設(shè)備，屬網(wǎng)際設(shè)備。路由器不再是一個“純硬 件”設(shè)備了，還有寫在路由器內(nèi)部的軟件（其實就是一個操作系統(tǒng)，思科叫它IOS，華為叫它VRP，其實都一樣。），通過軟硬件的結(jié)合來支持各種路由協(xié)議， 從而達到不同的網(wǎng)絡(luò)之間能夠相互通訊。路由器是一種連接多個網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它能將不同模式的網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)信息進行“翻譯”，以使它們能夠 相互“讀懂”對方的數(shù)據(jù)，從而構(gòu)成一個更大的網(wǎng)絡(luò)。
 

　　其實Internet就可以理解為由很多很多小局域網(wǎng)通過路由器連接起來所組成的大局域網(wǎng)。形象點來說，Internet就是全世界，信息包好 比是人，一個人想要從中國北京的家出發(fā)去美國紐約，他得先從家坐車到機場（這是一個局域網(wǎng)，汽車這種方式是這個局域網(wǎng)的工作協(xié)議方式），從機場換坐飛機飛 往美國紐約（這是另一個局域網(wǎng)，飛機是這個局域網(wǎng)的工作協(xié)議方式，而機場就像是路由器連接著兩個不同的網(wǎng)絡(luò)，而坐汽車換成坐飛機也是通過機場來轉(zhuǎn)換）。如 果你選擇坐船去美國，那么本地港口就是那個路由器，而輪船則是另一種工作協(xié)議，它會將你運送到美國港口（目的地的路由器）去，再變成坐車去紐約（目的局域 網(wǎng)），再通過查找地址（IP地址）找到你要去的地點（目標主機）。路由器會根據(jù)其路由協(xié)議算法，智能選擇更快更直接到達目的的路徑，例如上面的例子中，路 由器就會優(yōu)先選擇坐飛機這種方式，只有飛機停飛無法乘坐時才會選擇輪船，這就是最簡單的路由。

　　路由器的特點：

　　a.     路由器是三層設(shè)備，基于邏輯地址（IP地址）對信息包提供路徑選擇。路由器的最主要功能就是連接不同的網(wǎng)絡(luò)以及擇路：在互聯(lián)網(wǎng)中，從一個節(jié)點到另一個節(jié) 點，可能有許多路徑，路由器可以選擇通暢快捷的近路，會大大提高通信速度，減輕網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信負荷，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源，這是集線器和二層交換機所根本不具備 的性能。另外，隨著IP地址的緊缺，NAT（Network Address Translation）網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換功能也成為路由器必備的功能之一了。NAT用于連接2個網(wǎng)絡(luò),同時把私網(wǎng)IP地址翻譯為公網(wǎng)IP地址。這就像電話系 統(tǒng)的總機，無論內(nèi)線哪個分機向外面打電話，對方顯示的電話號碼都是總機的那個公網(wǎng)號碼，而外面向內(nèi)網(wǎng)分機打電話，也是要先撥到總機才能再次轉(zhuǎn)到目的分機 去。

　　b.     路由器之間可以有多條通路來平衡負載（將信息包分片或者將信息包排序分別發(fā)送到多條通路），提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性。交換機之間只能有一條線路，不允許回路，使得數(shù)據(jù)集中在一條通信線路上，不能進行動態(tài)分配，以平衡負載。例如：有的網(wǎng)吧同時申請了2條ADSL接入，那么可以選購一臺雙WAN口的路由器來做負載均衡，以達到充分利用帶寬的目的。

　　［網(wǎng)絡(luò)回路：現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)比較復(fù)雜，如果用戶或者網(wǎng)管員在自己內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)無意間連 上同級其他端口，會構(gòu)成回路。這會造成數(shù)據(jù)包不斷發(fā)送和校驗數(shù)據(jù)，從而影響整體網(wǎng)速，查找起來還比較困難。2臺交換機之間只能一條連線，同時連上2條時就 會構(gòu)成回路（不過，可以通過配置生成樹協(xié)議對備份鏈路端口進行阻塞，以提供冗余性），而路由器不存在這個問題。］

　　c.     交換機只能識別MAC地址，MAC地址是物理地址，而且采用平面式的結(jié)構(gòu)，因此不能根據(jù)MAC地址來劃分子網(wǎng)。而路由器識別IP地址，可以非常方便地劃分子網(wǎng)，路由器的主要功能就是用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)，所以它能支持VLAN間路由。

　　d.     路由器比交換機更具安全性。雖說交換機也可以根據(jù)數(shù)據(jù)幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內(nèi)容對幀實施過濾，但路由器根據(jù)數(shù)據(jù)報的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等內(nèi)容對報文實施過濾，更有效果。

　　e.     三層交換機和路由器的區(qū)別：交換機的交換功能是基于硬件的，所以速度快性能好；而路由器是基于軟件交換的，所以比三層交換機的交換性能要弱很多。而三層交 換機在路由性能上比路由器弱很多，很多三層的功能支持不完全。硬件結(jié)構(gòu)上，三層交換機更接近于二層交換機，只是針對三層路由進行了專門設(shè)計，這就是為什么 稱為“三層交換機”而不稱為“xx路由器”的原因了。

　　（通過幾句話將路由器所有功能說明白是不現(xiàn)實的，有興趣的讀者可以去看CCNA和NP的教材。）
　說到路由器，就不能不提一下現(xiàn)在市場 上熱賣的寬帶路由器，可以說這些寬帶路由器大多是非常簡化的路由器，只支持最基本的功能，但是設(shè)置相對也簡單得多，基本都是1個WAN口用來連接ADSL 等寬帶接入，另外內(nèi)置4個LAN口的交換機來連接主機，如果LAN口不夠可以再級聯(lián)交換機或集線器擴展，價格低廉大約在200～400元，最適合家庭和小 型辦公局域網(wǎng)共享寬帶接入使用。不過，這種SOHO級的寬帶路由器負載能力較弱，一般接入20臺以上的主機網(wǎng)速就會有所下降，而且穩(wěn)定性不太好。如果主機 較多，請選購更高等級的路由器，畢竟一分錢一分貨。

圖5

　　 第二部分： 上面的專業(yè)術(shù)語稍微有點多，初學者可能還有一點沒理解透徹的感覺。下面我將這三種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備打個通俗的比喻來幫助理解：

　　局域網(wǎng)好比一棟大樓，每個人（好比主機）有自己的房間（房間就好比網(wǎng)卡，房號就是物理地址，即MAC地址），里面的人（主機）人手一個對講機， 由于工作在同一頻道，所以一個人說話，其他人都能聽到，這就是廣播（向所有主機發(fā)送信息包），只有目標才會回應(yīng)，其他人雖然聽見但是不理（丟棄包），而這 些能聽到廣播的所有對講機設(shè)備就夠成了一個廣播域。而這些對講機就是集線器（HUB），每個 對講機都像是集線器上的端口，大家都知道對講機在說話時是不能收聽的，必須松開對講鍵才能收聽，這種同一時刻只能收或者發(fā)的工作模式就是半雙工。而且對講 機同一時刻只能有一個人說話才能聽清楚，如果兩個或者更多的人一起說就會產(chǎn)生沖突，都沒法聽清楚，所以這就構(gòu)成了一個沖突域。

　?。?font color="#ff0000">廣播域(Broadcast domain)：網(wǎng)絡(luò)中的一組設(shè)備的集合。即同一廣播包能到達的所有設(shè)備成為一個廣播域。當這些設(shè)備中的一個發(fā)出一個廣播時，所有其他的設(shè)備都能接收到這個廣播幀。HUB和SWITCH的所有端口都是在一個廣播域里，路由器上的每個端口自成一個廣播域。］
 

　　有一天樓里的人受不了這種低效率的通信了，所以升級了設(shè)備，換成每人一個內(nèi)線電話（交換機SWITCH，每個電話都相當于交換機上的一個端 口），每人都有一個內(nèi)線號碼（邏輯地址即IP地址）。（這里要額外說一下IP地址和MAC地址轉(zhuǎn)譯的問題，常見的二層交換機只識別MAC地址，它內(nèi)置一個 MAC地址表，并不斷維護和更新它，來確定哪個端口對應(yīng)那臺主機的MAC地址，而我們所用的通信軟件都是基于IP的，IP地址和MAC地址的轉(zhuǎn)換工作，就 由ARP地址解析協(xié)議來完成。）在最開始時，沒人知道哪個號碼對應(yīng)哪個人，所以要想打電話給 某個人得先廣播一下：“xxx，你的號碼是多少？”“我的號碼是xxxx”。這樣你就有了目標的號碼，所有的內(nèi)線號碼就是通過這種方式不斷加入電話簿中 （交換機的MAC地址表），下次可以直接撥到他的分機號碼上去而不用廣播了。大家都知道電話是點對點的通信設(shè)備，不會影響到其他人，起沖突的也只有兩端說 話的人而已，所以整個大的沖突域被分割成若干的小沖突域了。而且，電話在接聽的同時可以說話，這樣的工作模式就是全雙工。這就是交換機比集線器性能更好的 原因之一。

　?。?font color="#c00000">ARP（地址解析協(xié)議）：ARP為IP地址（32 bit）到對應(yīng)的硬件地址（48 bit的值）之間提供動態(tài)映射。從邏輯Internet地址到對應(yīng)的物理硬件地址進行翻譯，這就是ARP的功能。ARP高效運行的關(guān)鍵是由于每個主機上都 有一個ARP高速緩存。這個高速緩存存放了最近Internet地址到硬件地址之間的映射記錄。高速緩存中每一項的生存時間一般為20分鐘，起始時間從被 創(chuàng)建時開始算起。這個過程是自動完成的，一般應(yīng)用程序用戶或系統(tǒng)管理員不必關(guān)心。］

　　又過了一段時間，樓里的人想和旁邊的樓聯(lián)系，于是他們拉了一條電話線連到旁邊的樓去了（統(tǒng)稱專線接入，包括DDN，光纖，幀中繼等連接方式）。 大家都知道，撥打外線要先撥0到總機然后才能撥目的號碼出去，這個總機就相當于路由器了。而你撥的號碼也是對方總機的號碼，之后才能再撥分機號碼轉(zhuǎn)到目的 分機上去。總機用來找到對方的總機（擇路）并且將內(nèi)線電話轉(zhuǎn)成外線號碼（NAT網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換），這就是路由器的主要用途了。而這樣的千千萬萬的樓都通過錯綜復(fù)雜的線路相互連接起來，就構(gòu)成了Internet。

　?。?font color="#c00000">NAT網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（Network Address Translation）：當內(nèi)部的計算機要與外部internet網(wǎng)絡(luò)進行通訊時，具有NAT功能的設(shè)備負責將其內(nèi)部的IP地址轉(zhuǎn)換為合法的IP地址（即經(jīng)過申請的IP地址）進行通信。NAT就是指這個轉(zhuǎn)換的過程。寬帶路由器基本都是基于NAT來使多臺內(nèi)網(wǎng)主機共享Internet的。］

　　IP地址有私有IP和公網(wǎng)IP之分，就像同一座大樓內(nèi)線電話之間只要撥打內(nèi)線號碼即可通信，這個內(nèi)線號碼可以自定，只要在這棟樓內(nèi)不重復(fù)即可， 別的樓也可以自定同樣的號碼，不用擔心樓與樓之間內(nèi)線號碼重復(fù)而發(fā)生沖突。這個內(nèi)線號碼就相當于私有IP（在TCP/IP協(xié)議中規(guī)定了一些網(wǎng)段專做為私有 IP，這些網(wǎng)段不會在公網(wǎng)上出現(xiàn)，如：192.168.0.0～192.168.255.255這個C類網(wǎng)段），而總機的外線號碼就相當于公網(wǎng)IP，要由 電話局（好比ISP）來分配。

　?。?font color="#c00000">ISP（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商）：Internet Service Provider的縮寫，指可以將您的計算機連上Internet的廠商，它還能提供電子郵件、硬盤虛擬空間出租、主機托管等網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。我們最常接觸的ISP就是電信、網(wǎng)通、長寬等寬帶接入商。］

　　總結(jié)：現(xiàn)在，大家都明白這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的用途和區(qū)別了吧？只要根據(jù)需求對應(yīng)選擇設(shè)備，就算是網(wǎng)絡(luò)的初學者也能正確搭建自己的局域網(wǎng)。