TCP/IP协议（2）：各层网络设备

一、中继器（Repeater）

中继器工作在OSI的一层物理层，我们知道，超5类线的传输距离最大为100米，超过这个距离信号就会衰减，中继器就是为了防止信号变差，将网络信号进行再生和重定时。

二、集线器（Hub）

集线器的特性与中继器相似，工作在一层物理层，它相当于多端口的中继器。它将连接到端口的计算机组成一个局域网，他会将数据广播到其它所有连接到端口的计算机上，每台计算机检查自己的MAC地址符不符合目标地址，不符合就不接收数据。由于集线器发送数据的特点导致了数据的不安全，另外集线器不允许多路同时通信，如果两台电脑同时向集线器发数据，集线器会向所有设备发送冲突信息。集线器属于早期网络设备，它只是将数据信号放大并进行傻瓜式的群发，并不认识地址或数据中的任何信息，现在基本上被交换机所替代。

三、交换机（Switch）

交换机解决了集线器的缺点，它根据数据MAC地址只将数据发送到目标计算机，而且可以多路同时通信。所以说交换机比集线器聪明了，因为它工作在OSI的第二层数据链路层，它可以知道数据帧的MAC地址。

现在有了三层交换机。

四、路由器（Router）

路由器产生于交换机之后，它与集线器、交换机的作用有明显区别，它能够将整个互联网络分割成逻辑上独立的网络单位，为经过路由器的IP数据报寻找一条最佳的传输路径，将该数据传送到目的点。路由器工作在OSI的三层网络层，所以能够跨越不同的物理网络类型（以太网、FDDI等）。

路由器可以隔离广播风暴而交换机不能。

五、网关（Gateway）

网关是指连接两个不同的网络（不同网段或不同接口协议类型）的设备，所以它又称网间连接器、协议转换器。网关不特指某一种设备，路由器很显然能够实现网关的功能，三层交换机、防火墙、服务器等也可以作为网关来使用。

在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，因为PC和二层交换机不具备路由寻址能力，要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。一台主机可以有多个网关，默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关，就把数据包发给默认指定的网关，由这个网关来转发数据包，所以一般在计算机上我们将路由器地址设为默认网关。

六、家用路由器

家用路由器跟我们计算机网络中所说的路由器还是有很大区别的， 一般计算机网络中说的路由器只负责数据路由（决定哪里收的数据包要发到哪里，要不要扔掉），其他功能由专门的设备来另外处理。

现在的家用路由器集合了Router + Switch + NAT + DHCP服务器 + PPPoE客户端 + Firewall + 无线AP等功能为一体。

1、家用路由器现在大都提供了switch的功能，所以可以拿来当交换机来使用。如下所示一个家庭路由器和一台交换机组成了一个11 LAN（包括路由器）的本地网络，如果用路由器替换交换机的话，只需将路由器的LAN口来当做交换机的端口来使用（有的可能还需要登陆路由器设置页面将DHCP设置为不启用）。

2、NAT是为了解决IPV4类IP地址稀少的问题而诞生的，它使得若干个私有地址能够共用一个internet公网地址，并且他把内部地址对外隐藏起来，具有安全性。

在最初的Internet体系结构中，每个主机都有一个全局的唯一IP地址，能够直接相互通信，而现在的Internet是由一个全局地址空间和许多私有地址空间组成。一个内网的计算机想与外界进行通信的话，NAT会随机分配一个未使用的端口号，并在路由器的路由表中与内网计算机形成一一映射关系 ，即 [内网IP＋端口号] 转换为[公网IP＋NAT分配的端口号]，NAT将内网计算机向外发送的IP数据报里填充[公网IP＋端口号]，而在收到外面的IP数据包后，NAT根据端口号，进行比对路由表映射，看是哪个内网主机的数据包，将数据包发给相应的内网计算机。

上面所说的端口映射是动态的，即当有连接的时候NAT自动分配端口，当连接关闭时，NAT会释放分配给这条连接的端口，以便以后的连接可以继续复用。还有一种静态端口映射，就是在NAT上开放一个固定的端口，然后设置此端口收到的数据要转发给内网哪个IP和端口，不管有没有连接，这个映射关系都会一直存在，这样就可以让公网主动访问内网的一个电脑。 使用动态端口映射只能是内网计算机主动去连接外网，然后二者再进行通信，外网中的计算机是无法主动连接内网计算机进行通信的，这就导致产生了P2P通信技术。

家庭无线路由器提供自动NAT功能，当内网主机发送的数据到达Router时，路由器会根据NAT策略将私网IP转换为PPP拨号分配的IP，然后再发到Internet上。

3、DHCP是动态主机配置协议的简称，它是一个局域网的网络协议，使用UDP，属于应用层协议，主要作用是给内部网络自动分配内网IP地址，路由器出口地址（网关）、DNS域名服务器地址等。

DHCP协议采用客户端/服务器模型，普通电脑中都内置有DHCP客户端模块, 电脑接上网络后，DHCP客户端发现新连通的网络，会在该网络上找DHCP服务器，DHCP服务器将给电脑提供合理的网络配置，并把设置信息传回本机。现在的家用路由器集成了DHCP服务器功能，在我们电脑的网络设置中如果设置的是“自动获得IP地址”和“自动获得DNS服务器地址”那么使用的就是DHCP服务器发回来的设置。

4、PPPOE虚拟拨号方式是ISP运营商方便有效地完成对用户的管理一种认证技术，通过pppoe协议，可以使以太网的主机通过一个简单的桥接设备连到一个远端的接入集中器上，远端接入设备能够实现对每个接入用户的控制和计费。

5、无线AP：AP是Access Point的简称，无线AP即无线接入点，俗称“热点”。