网络技术：网络互联设备
相关术语
互联网络
使用多个路由器把多个网络连接起来，并且配置 IPv4 或 IPv6 的逻辑网络编址方案时，就组建了互联网络。
冲突域
冲突域是一个以太网术语，即网段上的一台设备发送分组时，该物理网段上的其他所有设备都必须侦听它。因为如果一个物理网段中的多台设备同时传输数据，这些数据的数字信号会在线路上互相干扰，造成冲突。
广播域
广播域指网段中的一组设备，它们侦听该网段上发送的所有广播。
集线器
集线器 (Hub) 的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于 OSI 参考模型第一层的物理层，它与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用 CSMA/CD 协议进行冲突处理。集线器每个接口简单的收发比特，收到 1 就转发 1，收到 0 就转发 0，不进行碰撞检测。
HUB 是一个多端口的转发器，当以 HUB 为中心设备时，网络中某条线路产生了故障并不影响其它线路的工作，所以 HUB 在局域网中得到了广泛的应用。例如一个学院的三个系各有一个 10BASE-T 以太网，可通过一个主干集线器把各系的以太网连接成为一个更大的以太网。
如图就是使用集线器搭建的网络，集线器连接的 2 个 PC 属于一个 LAN 中。集线器并没有划分广播域或冲突域的功能，因此这个网络中只有 1 个冲突域和 1 个广播域。这是可以理解的，因为集线器并不能划分网段，而是只能将网段连接起来，起到一个中继的作用。因此集线器连接的 PC 都属于同一个网段，也就是同一个冲突域。因为 Hub 连接的 PC 属于同一个 LAN，因此广播的对象会是所有 PC，它们属于同一个广播域。也就是说，如果有两台设备同时需要传输数据，则这 2 个传输行为会导致冲突，从而使 2 个设备都需要重传。
集线器不检查进入的数据流，只是将其转发到物理介质的其他部分。与集线器相连的所有设备都必须侦听，确定是否有其他设备正在传输数据。使用集线器的优点是，使原来属于不同碰撞域的以太网上的计算机能够进行跨碰撞域的通信，扩大了以太网覆盖的地理范围。缺点在于碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高，且如果不同的碰撞域使用不同的数据率就不能用集线器互连。
交换机
在很多时候我们需要把大的网络划分为一系列小网络，这是因为随着网络规模的增大，LAN 内的数据流会激增，从而更容易导致网络拥塞。导致 LAN 拥塞的几大诱因如下：
- 同一个广播域或冲突域的主机太多；
- 广播风暴：广播数据充斥网络无法处理；
- 组播数据流太多；
- 带宽太低；
- 使用集线器拓展网络。
此时就需要使用其他设备来对网络进行分段，早期使用网桥，它根据 MAC 帧的目的地址对收到的帧进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是先检查此帧的目的 MAC 地址，然后再确定将该帧转发到哪一个接口，或把它丢弃。现在使用以太网交换机，以太网交换机可以暂且看作是多接口的网桥。
交换机 (Switch) 是一种用于电（光）信号转发的网络设备。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。根据工作位置的不同，可以分为广域网交换机和局域网交换机。广域的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，它应用在数据链路层。交换机有多个端口，每个端口都具有桥接功能，可以连接一个局域网或一台高性能服务器或工作站。
交换机的交换方式有 2 种，首先是存储转发方式，把整个数据帧先缓存后再进行处理。第二是直通(cut-through)方式，接收数据帧的同时就立即按数据帧的目的 MAC 地址决定该帧的转发接口，因而提高了帧的转发速度。缺点是它不检查差错就直接将帧转发出去，因此有可能也将一些无效帧转发给其他的站。以太网交换机使用交换表来选择传输数据的接口，它运行自学习算法自动维护交换表。
交换机可以划分网段，使得每一个与交换机连接的网段都成为一个独立的冲突域。不过如图仍然只有一个网络，因此广播域还是 1 个，不过冲突域就有 2 个了。网桥和交换机可以用来将网络分段，但是它们不能隔离广播和组播分组。因此交换机不用于组建互联网络，而是用来为 LAN 提供更好的性能、更高的带宽。
路由器
对广播域进行分割是一件重要的事情，这是因为主机和服务器发送网络广播时，该网络中的所有设备都必须读取并处理这一广播。路由器可以做到这一点，它用于连接多个网络，并在网络之间进行路由数据分组。
路由器 (Router) 又可以称之为网关设备，它对不同的网络之间的数据包进行存储、分组转发处理，其主要就是在不同的逻辑分开网络。数据在一个子网中传输到另一个子网中，可以通过路由器的路由功能进行处理。在网络通信中，路由器具有判断网络地址以及选择 IP 路径的作用，可以在多个网络环境中，构建灵活的链接系统，通过不同的数据分组以及介质访问方式对各个子网进行链接。路由器在操作中仅接受源站或者其他相关路由器传递的信息，是一种基于网络层的互联设备。路由器的功能如下：
- 分组交换；
- 分组过滤；
- 网络间通信；
- 路径选择。
如图所示，其中负责路由选择的部分属于控制平面，其他属于数据平面，这里简单解释一下各个组件。其中路由器的输入端口和输出端口，一般存在于路由器的线路接口卡上。
- 输入端口：输入端口需要个各个层都产生联系，需要完成终止物理链路并接受比特的物理层功能、与入链路端的数据链路层交互的链路层功能。还有查找功能，根据转发表觉定路由器的输出端口，并控制分组扎发到路由选择处理器中。
- 交换结构：连接输入端口和输出端口，可以理解为路由器中的网络。
- 输出端口：存储交换结构传过来的分组，并且在物理层和数据链路层在功能上传输出去。
路由器可以认为是第三层交换机，使用路由表来选择路径并发送分组。路由器可以根据网络层的信息 (例如 IP 地址)，从而实现对网络的过滤。路由器可以使每个 LAN 接口属于一个独立的广播域，并且也可以分割冲突域。路由器有以下要点：
- 默认情况下路由器不转发任何广播和组播分组；
- 路由器根据网络层报头中的逻辑地址确定将分组转发到哪个下一跳路由器；
- 路由器可根据管理员创建的访问列表控制可进出接口的分组类型；
- 路由器可在同一接口提供第 2 层的桥接和路由功能；
- 路由器在 VLAN 之间提供桥接；
- 路由器可以为特定类型的网络数据流提供服务质量。
想要进一步了解路由器的工作流程，可以看这篇博客——网络层——路由器工作原理
参考资料
《CCNA 学习指南(第 7 版)》，[美] Todd Lammle 著，袁国忠 徐宏 译，人民邮电出版社
链路层：以太网
网络层——路由器工作原理
百度百科——路由器
百度百科——集线器
百度百科——交换机
