中国建设银行营业部 刘刚
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。
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，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ＭＡＣ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（ＭＡＣ端口号）以确定目的ＭＡＣ的ＮＩＣ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ＭＡＣ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ＶＬＡＮ（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服务，使主机成为网络的一部分。当前的趋势是主机也支持TCP/IP，直接与TCP/IP或通过Web服务器与用户连接起来，不再需要专门的网关。
（2）LAN网关：LAN网关提供LAN之间数据传送的通道。通常居间的LAN因使用不同的协议，数据需要做些转换才能通过。不少路由器提供以太网与FDDI的连接，可以充当此任。另外，有提供AppleTalk与TCP/IP、IPX与TCP/IP等协议转换的网关。
（3）电子邮件网关：负责不同厂商应用软件之间邮件信息的转换，使用户在网上能共享不同的电子邮件应用程序所发出的信件。常见的电子邮件网关把专用信息格式转换成X.400格式。
（4）因特网网关：在因特网中，以往的网关现在称为路由器。网关现在是指一种系统，这种系统进行网络和应用协议的转换，使TCP/IP网和非TCP/IP网上的用户和应用可以相互通信。网关也指应用程序之间的翻译设备。代理服务器网关是一种防火墙，允许内部网的用户访问因特网，同时禁止因特网用户访问内部网。功能齐全的防火墙提供高级的甄别、验证和代理功能，以防止黑客和攻击者进入内部系统。
随着网络技术的发展，以上几种网络设备的功能和内涵也在不断发生变化，不同种类的网络设备有时可能能够满足相同的应用需求，因此单单从名称上来理解某种网络设备的功能是片面的，要想真正理解和掌握一种网络设备的功能和性能，还需要从产品手册上获取进一步的细节。
摘自《计算机世界报》
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