集線器、路由器、交換機、第三層交換技術

[psac]

集線器
　　 集線器(HUB)是區域網路LAN中重要的設備之一，它是網路連線的連接點。其基本的工作原理是使用廣播技術，也就是HUB從任一個連接阜收到一個信息包後，它都將此信息包廣播傳送到其它的所有連接阜，而HUB並不記憶該信息包是由哪一個MAC位址掛在哪一個連接阜。接在HUB連接阜上的網路卡NIC根據該信息包所要求執行的功能執行相應動作，這是由網路層之上控制的。上面所說的廣播技術是指HUB將該信息包發以廣播傳送的形式傳送到其它所有連接阜，並不是將該包改變為廣播資料包。
集線器的工作原理很類似於現實中投遞員的工作，投遞員只是根據信封上的位址傳遞郵件，並不理會信的內容以及收信人是否回信，也不管是否收信人由於某種原因而沒有回信，而導致發信人著急。唯一不同的就是投遞員在找不到該位址時會將信退回，而 HUB不管退信，僅僅負責轉發而已。

路由器
　　 路由器是在OSI七層網路模型中的第三層--網路層操作的。它的工作原理是，在網路中收到任何一個資料包(包括廣播包在內)，都將該資料包第二層(資料鏈路層)的信息去掉(稱為"拆包")，並檢視第三層信息（IP位址）。然後，再根據路由表來確定資料包的路由，然後檢查安全訪問表；如果能夠通過，則進行第二層信息的封裝(又稱為"打包")，最後才將該資料包轉發。此時，如果在路由表中不能查到對應MAC位址的網路位址，則路由器將向源位址的站點返回一個信息，然後將這個資料包丟棄。
　　如果從路由器的工作原理來看，路由器的作用與交換機、網路橋接非常相似。但是與工作在網路物理層，從物理上劃分網段的交換機不同，路由器則是使用專門的軟體傳輸協定從邏輯上對整個網路進行劃分。例如，一台支持IP傳輸協定的路由器可以把網路劃分成多個子網段，只有指向特殊IP位址的網路流量才被允許通過路由器。路由器對每一個接收到的資料包，都會重新計算其校驗值，最後寫入新的物理位址。因此，在網路中使用路由器來轉發和過濾資料的速度往往要比只檢視資料包物理位址的交換機慢一些。但是，對於那些網路結構較複雜的網路，採用路由器來連接網路卻可以提高網路的整體效率。路由器的另外一個明顯的優勢就是可以自動過濾網路廣播，但是從總體上說，在網路中增加路由器的安裝程序要比即插即用的交換機複雜許多。

交換機
　　 交換機能夠檢查每一個收到的資料包，並且對該資料包進行相應的動作處理。在交換機內儲存著每一個網段上所有節點的物理位址，它只允許必要的網路流量通過交換機。例如，當交換機接收到一個資料包之後，它需要根據自身以儲存的網路位址表來檢驗資料包內所包含的傳送方位址和接收方位址。如果接收方位址位於傳送方位址網段，那麼該資料包將會被交換機丟棄，不會通過交換機傳送到其它的網段；如果接收方位址與傳送方位址是屬於兩個不同的網段內，那麼該資料包就會被交換機轉發到目標網段。這樣，我們就可以通過交換機的過濾和轉發功能，來避免網路廣播風暴，減少誤包和錯包的出現。
　　 在實際網路構件的程序中，是選項使用交換機還是選項其它的網路設備，主要還是要根據不同設備在網路中的不同作用來決定。在網路中交換機主要具有兩方面的重要作用。第一，交換機可以將原有的網路劃分成多個子網路，能夠做到擴展網路有效傳輸距離，並支持更多的網路節點。第二，使用交換機來劃分網路還可以有效隔離網路流量，減少網路中的衝突，緩解網路擁擠情況。但是，在使用交換機進行處理資料包的時候，不可避免的會帶來處理延遲時間，所以如果在不必要的情況下盲目使用交換機就可能會在實際上降低整個網路的效能。

第三層交換技術
　　 第三層交換技術（也被稱做多層交換技術，或是IP交換技術）是相對於傳統交換概念而提出的。眾所周知，傳統的交換技術是在OSI網路標準模型中的第二層--資料鏈路層進行操作的，而多層交換技術是在網路模型中的第三層實現了資料包的高速轉發。簡單地說，多層交換技術就是：第二層交換技術＋第三層轉發技術，或者說是將傳統路由器的資料包處理功能和交換機的速度優勢結合在一起。
　　 要瞭解第三層交換技術的原理並不困難，我們可以假設某主機A與B以前曾通過交換機進行通信，如果該交換機可以支持第三層交換的話，那麼它便會將A和B的IP位址及它們的MAC位址記錄下來，當其它主機C想要與A主機或B主機進行通信時，在交換機接收到C所發出的尋址封包後，會不假思索的送回給C一個回覆信息包，並告訴它主機A或主機B的MAC位址，那麼以後主機C就會使用主機A或B的MAC位址"直接"通信。
　　 因為通信雙方並沒有通過路由器進行"拆包"和"打包"的程序，所以那怕主機A、B或C分屬於不同的子網，它們之間也可直接知道對方的MAC位址來進行通信，最重要的是，第三層交換機並沒有像其它交換機一樣把廣播封包擴散，第三層交換機之所以叫三層交換機就是因為它可以看懂三層信息，比如IP位址、ARP等。所以，三層交換機便能洞悉某一廣播封包目的何在，在沒有把它擴散出去的情形下，同時滿足了發出該廣播封包的人的需求，(不論它們在任何子網裡)。因為第三層交換機沒做任何"拆打"資料包的工作，所有經過它的資料包都不會被修改並以交換的速度傳到目的地。所以，套用第三層交換技術即可實現網路路由的功能，又可以根據不同的網路狀況做到最優的網路效能。我們可以相信，隨著網路技術的不斷發展，第三層交換機有望在大規模網路中取代現有路由器的位置。

[戰神2001]

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