几种网络通信设备之比较

1、集线器 、桥接器 (网桥 )、 路由器 、交换机 、中继器 、网关 是几种比较常用的网络通信设备，但是对于初涉网络的人来说，很容易把这些设备混淆在一起，搞不清它们之间的区别。本文的目的旨在明晰这些网络通信设备的概念，阐释它们之间的区别。1. 中继器中继器 (rpeater)是局域网环境下用来延长网络距离的互连设备中最简单最廉价的设备，操作在 osi 的物理层 。中继器对在线路上衰减的信号具有放大再生的功能。一般情况下，中继器两端连接的既可以是相同的传输媒体，也可以不同的传输媒体。但中继器只能连接相同数据传输速率的lan 。中继器在执行信号放大功能时不需要任何智能或算法，只将来自一侧的信号转发到

2、另一侧(双口中继器 )或将来自一侧的信号转发到多个口(多口中继器 )。当然，中继器不能无限制地延长网络距离，使用中继器连接以n 的电缆段是有限制的。任何两个数据终端设备间允许的传输通路最多由5 个中继网段、 4 个中继器组成。当5 个段都存在时，每个光纤链路段不得超过50m0，当通过3 个中继器， 4 个段组成时，光纤链路段最大长度为1000m。中继器又分为单口中继器和多口中继器，中继器之间可以串接起来。用中继器互连的以太网构成扩展的局域网，可以具有树型或星型结构。2. 网桥网桥 (bridge) 也叫桥接器，是连接两个局域网的一种存储一转发设备，它能将下个较大的lan 分割为多个网段，或将两

3、个以上的lan 互连为一个逻辑lan ，使 lan 上的所有用户都可以访问服务器。网桥工作在物理层之上的数据链路层，即逻辑链路控制(llc) 和媒体访问控制(mac) 子层。大多数网络 (尤其是局域网 )结构上的差异体现在mac 层， 因此网桥被用于局域网中的mac层的转换。 它所连接的协议比中继器高，因此功能更强。 网桥用来控制数据流量、处理传送差错、提供物理寻址、介质访问算法。网桥具有筛选和过滤的功能，可以适当隔离不需要传播的信息，从而改善网络功能，包括提高整个扩展局域网的数据吞吐量和网络响应速度，并且还可以改善网络系统的安全保密性。随着 lan 上的用户数量和工作站数增加时，lan 上的

4、通信量也随之增加，因而引起性能下降。这是所有lan 共同存在的问题，特别是使用eef801.3csma/cd访问方法的lan ，这个问题表现得更为突出。在这种lan 环境下，对网络进行分段，以减少网络上的用户数和通信量，可以用网桥隔离分段间的流量。在用网桥划分网段时，一是减少每个lan 段上的通信量 ;二是要确保网段间的通信量小于每个网段内部的通信量。3.路由器路由器工作在网络层。路由器是在网络层提供多个独立的子网间连接服务的一种存储一转发设备，用路由器连接的网络可以使用在数据链路层和物理层协议完全不同的网络互连中。路由器提供的服务比网桥更为完善。 路由器可根据传输费用、转接时延、 网络拥塞或

5、信源和终点间的距离来选择最佳路径。路由器的服务通常要由端用户设备提出明确地请求，它处理的仅仅是由用户端设备要求寻址的报文。在实际应用时，它通常作为局城网与广城网连接的主要设备。路由器可以分为单协议路由器和多协议路由器。其中，单协议路由器用于相同网络层协议的网络互连， 而多协议路由器则可以支持多种网络层协议。路由器的互连能力很强，可以进行复杂的路由选择运算。4. 网关网关是互连网络中工作在osi 传输层上的设施。之所以称为设施，是因为网关不一定是一台设备， 有可能在一台主机中实现网关功能的一个软件，多数网关是用来互连网络的专用系统.所以市场上从未有过出售网关的广告或公司。因此.在这种意义上，网关

6、是一种概念，或一种功能抽象。网关提供的从传输层到应用层转换服务是全方位的，实现起来也是非常复杂的，工作效率也很难提高，一般网关只提供有限的几种协议转换。比如ibm 的 sna 与 internet 的 tcp/1p互连是就需要网关进行转换;netware 操作系统与 unxi 操作系统互操作时就需要应用系统转换网关 ;internet 上用简单邮件传输协议smtp 进行传输电子邮件，如何与软件的exchange进行互通时，也需要电子邮件网关;oracel 数据与 sybase数据库的数据交换时需要数据库网关。网关是一种复杂性的网络连接设备，利用它可以实现两个具有不同风格协议且在物理上也相互独立

7、的网络互连，网关具有对不兼容的高层协议进行转换的能力.为了实现异构设备之间的通信 .网关需要对不同的链路层、会话层、表示层和应用层协议进行翻译和转换。一、集线器集线器作为网络中介设备,其功能只是分配频宽,本身并不具有翻译数包的功能。一般来说，集线器可以分为以下几种：（1）被动式集线器：本身不对任何信号进行处理。只是将不同网段的信号集中起来,所有连接的设备可能看到通过集线器的所有信号数据包。使用被动式集线器的网络，由于受网络信号衰减的影响，其距离一般不会太长。（2）主动式集线器：种集线器本身含有对信号进行放大的电子部件,即所说的 信号再生。信号再生功能可以大大改善网络信号的质量，提高网络的容错能

8、力，加大网络的传输距离，使网络更加健壮。因此，可以说主动式集线器在某种程度上具备了中继器 的功能 ,又被称为 多口中继器 。（3）智能集线器：智能集线器是主动式集线器的增强。它具有网络管理功能,许多集线器已经支持网络管理协议,这使得集线器可以发送数据包到网络主控台。而网络主控台也可以控制集线器。（4）交换式集线器：交换式集线器内部包含一个能够在口与口之间传送数据的电路。这样，交换式集线器可以只把网络数据交换到与目的计算机相连的端口，而不必把数据重复发送到所有的端口。这一点有点类似于交换机。集线器的英文缩写为“hub ” ，最常用的hub 为以太网hub 。二、桥接器 (网桥 ) 位于同一网段上

9、的计算机设备可以直接相互通信，而位于不同网段上的设备则不能直接通信， 它们之间的通信需要一种将不同网段连接在一起的网络互连设备，路由器和桥接器 （网桥）都可以完成这样的工作，但是它们之间又有区别。只要两网段使用相同的高层网络协议,就可以用桥接器(网桥 )连接起来。当同一网段的计算机通信时网桥不会转发到另外的网段,从而避免了网络信息的拥挤和堵塞。只有在不同网段的计算机通信时才会通过网桥转发到另一网段大部分网桥仅连接两个网段，多个网桥会在网络中形成网桥环流 ,因此必须确保在连接一个网段到另一个网段间仅有一条通路。若有两个通路,则目的计算机设备会收到两份信息,造成分组会无法识别。如果连接了两个或是更

10、多的网段时,网桥会向所有网段发送分组，容易造成网络的拥塞。目前有两种控制网桥功能的技术：1. 生成树技术：要求由根网桥带有若干子网桥。首先判断在那一个子网桥上，然后再发送信息包。2. 源路由桥接技术：网桥间互连,由发送节点来决定最佳发送路径。三、路由器路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络或网段之间的数据信息进行转发， 以使它们能够相互通信，从而构成一个更大的网络。一般来说，路由器是针对第三层协议的转发，即针对网络层协议（如ip，ipx/spx等） ，它一般要求进行数据通信的双方使用相同的网络层协议。路由器有两大典型功能，即数据通道功能和控制功能。数据通道功能包括转发决定、背

11、板转发以及输出链路调度等，一般由特定的硬件来完成；控制功能一般用软件来实现，包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。多少年来，路由器的发展有起有伏。90 年代中期，传统路由器成为制约因特网发展的瓶颈。 atm 交换机取而代之，成为ip 骨干网的核心，路由器变成了配角。进入90 年代末期， internet 规模进一步扩大，流量每半年翻一番，atm 网又成为瓶颈，路由器东山再起，gbps 路由交换机在1997 年面世后，人们又开始以gbps 路由交换机取代atm 交换机，架构以路由器为核心的骨干网。总的来说，路由器的发展经历了五代：（1）第一代路由器的雏形就是用一台计算机插接多块网

12、卡实现的，多个网卡共用一个处理器 cpu ，通过内部总线互联，cpu 负责了几乎全部的路由计算、数据转发指令，同时还要负责整台机器的设备管理工作。这种集中转发、 软件处理的模式，再加上共享总线的结构，使得路由器的整体性能非常低。（2）第二代路由器将原来数据转发与路由计算分置于两个处理器上，主处理器完成路由计算，从处理器完成数据转发。同时除了系统内存，在各个网络接口卡上布置了cache结构，少数常用的路由信息保留在业务接口卡上，这样大多数报文就可以直接通过业务板cache 的路由表进行转发，以减少对总线和cpu 的需求。（3）第三代路由器在第二代的基础上在接口卡上面采用了asic 技术，提高数据

13、的转发速度。但由于仍然沿用的是总线结构，所以依然受到总线速度的限制。（4）第四代路由器的重大进步是采用了交换网板代替了原来的总线结构，一改原先总线瓶颈，交换网板采用crossbar或共享缓存技术，加上asic 芯片的高速转发，可达到吉比特级的交换容量。后来出现的4.5 代路由器采用网络处理器代替asic 技术来实现数据转发，这样的好处在于网络处理器可以很好地适应新的业务，但由于其结构限制，不能支持ipv6 和严格的qos。（5）随着网络应用的发展，以及宽带城域网的建设、多样化的多媒体业务的开展，互联网逐渐暴露了ip 地址不足、 qos 质量无法保障、对新协议的适应能力差以及安全可靠性不高等缺点

14、，于是涌现了许多新技术，例如ipv6、ipqos 、mpls 、流量工程等，新的业务需求和技术进步，带来了路由器软硬件体系的又一次飞跃，由此诞生了第五代路由器，它不仅继承了以前路由器的优点，更为重要的是具有硬件支持ipv6 、qos 等特性。四、交换机交换机是目前较为流行的名词，大凡初涉网络都会听到它传统的网络技术已经成为了网络发展的瓶颈因此建立一个易于配置的基于交换的网络结构是非常必要的。传统的交换机工作于网络七层协议中的数据链路层，它是一种基于地址识别， 能完成封装转发数据包功能的网络设备可以有效的隔离广播风暴避免共享冲突 提高了数据的传输速率，同传统的集线器相比教，交换机拥有一条带宽很高

15、的背部总线和内部交换距阵交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表（端口号）以确定目的的挂接在哪个端口上， 通过内部交换距阵迅速将数据包传送到目的端口，目的若不存在则广播到所有的端口， 每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，再无须同其他设备竟争使用。除了通常的功能外，交换机还采用了trunking ( 链路聚集）和（虚拟局域网技术） 。trunking( 链路聚集）技术可以在不改变现有网络设备以及原有布线的条件下，将交换机的多个低带宽交换端口捆绑成一条高带宽链路，通过几个端口进行链路负载平衡，避免链路出现拥塞

16、现象。在公司的网络骨干部分的一部分设备可以使用此技术：网络流量比较大，但是实际情况不允许使用光缆的情况下，使用trunking可以解决数据传输中的瓶颈问题。虚拟局域网新技术： 通过交换机建立多个虚拟工作组，实现真正意义的用户于物理位置无关。交换机的几个主要性能指标：（1）吞吐率：是在不丢失桢时能达到的最大速率。（2）延迟时间：即处理以太包的时间，从收到最后一位到发出最早一位的时间。（3）丢失率：负载下交换机丢失包的比率，虽然数据包具有丢失重发的特性，但是大量的数据包的丢失也降低了网络的利用率。（4）非法桢测试：交换机采用了存储转发技术，因此当端口收到桢以后会自动进行，如果有错误，它会自动丢弃不

17、发送，可以从端口输入错误包，则从其他的端口不会看到这些桢。（5）阻塞测验：如果交换机同时向两端口发送数据包，有一端口阻塞另一端口不阻塞，则在另一端口应能收到数据包。交换网络提供了更高的传输带宽，第二层交换技术已经基本完善。随着网络应用的深入，用户已经不再满足于交换机的基本功能，即将输入输出端口连接起来而实现业务流的转发。用户除了要求交换机具备交换、认证、报文过滤功能外，更希望交换机具有路由处理功能，因此三层乃至多层交换机应运而生。业内人士认为，三层（多层）交换机将得到快速普及，而且必将在一定程度上取代路由器的位置，因为三层 （多层） 交换机可以操作在网络协议的第三层，是一种路由理解设备并可起到

18、路由决定的作用，同时它的速度又比路由器要快的多。五、中继器中继器是为了解决电缆长度问题而用的它可以将传送信号放大，从而使它在网络上传输的更远先进的中继器通过放大和再生信号可以扩展介质的传输距离。六、网关网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。在使用不同的通信协议、数据格式或语言,甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。同时，网关也可以提供过滤和安全功能。大多数网关运行在osi 7 层协议的顶层 应用层。常见的网关有以下几种：（ 1）ibm 主机网关： 把 lan 上工作站与ibm 主机系统连接起来。最早的网关模拟ibm主机的 320 终端，使lan 的工作站成为主机的终端。复杂一点的网关允许pc 机与主机之间传输文件， 或者以客户机/服务器运行模式，允许 pc 机访问主机的数据库。ibm 的 appn协议提供了同层联网