网络常识｜集线器、交换机、路由器、防火墙

如何快速确认设备互连方式？

小 A 是一个帝国时代大神，他打通了游戏的所有关卡，可以一个人单挑 8 个疯狂的电脑。渐渐他觉得无聊了，想要找小伙伴一起 PK。

但是如何实现两台设备的互联呢？小 A 很聪明，他发明了一个类似于 USB 口一样的可以传输数据的端口，他将其命名为网口。小 A 通过一根网线将自己的电脑与小 B 的网口相连，实现了两台电脑间的互联。

两个小伙伴很开心，联机玩了起来，这时被路过的小 C 看见了，小 C 也要加入进来。但是我们知道，每台电脑只有一个网口，无法实现三台电脑的相互连接，那要要怎么办呢？

这时候小 B 出了一个主意：咱们再找一台计算机，给他多设计几个网口，我们每个人都连到这台计算机的网口上，不也实现咱们哥几个之间的互连了吗。

集线器（Hub）

说干就干，于是他们设计出了一款微型计算机，他本身具备多个网口，专门实现多台计算机的互联作用，这个微型计算机就是集线器。顾名思义，集线器起到了一个将网线集结起来的作用，实现最初级的网络互通。集线器是通过网线直接传送数据的，我们说他工作在物理层。

有了集线器后，越来越多的小伙伴加入到游戏中，小 D、小 E 等人都慕名而来。然而集线器有一个问题，由于和每台设备相连，他不能分辨出具体信息是发送给谁的，只能广泛的广播出去。例如小 A 本来想问小 C：你吃了吗？结果小 B，小 D 和小 E 等所有连接在集线器上的用户都收到了这一信息，且由于处于同一网络，小 A 说话时其他人不能发言，否则信息间会产生碰撞，引发错误，我们叫做各设备处于同一冲突域内。

交换机(NetWork Switch)

这样的设备用户体验极差，于是小伙伴们一起讨论改进措施。这时聪明的小 D 发话了：我们给这台设备加入一个指令，让他可以根据网口名称自动寻址传输数据。比如我把小 A 的网口命名为 macA，将小 C 的命名为 macC，这时如果小 A 想要将数据传给小 C，则设备会根据网口名称 macA 和 macC 自动将资料从 A 的电脑传送到 C 的电脑中，而不让小 B、小 D 和小 E 收到。也就是说，这台设备解决了冲突的问题，实现了任意两台电脑间的互联，大大地提升了网络间的传输速度，我们把它叫做交换机。由于交换机是根据网口地址传送信息，比网线直接传送多了一个步骤，我们也说交换机工作在数据链路层。

这回小伙伴们高兴了，他们愉快地玩耍起来。渐渐地，他们在当地有了名气，吸引了越来越多的小伙伴加入到他们的队伍中。直到有一天，一个外村的小伙突然找上门来，希望能和他们一起互联，实现跨村间的网络对战。小 A 说可以呀，于是他们找了一根超长的网线将两个村落的交换机连在了一起。结果发现一件奇怪的事：两个村落间竟然不能相互通信。怎么着，原来那边的电脑和他们用的不是一套操作系统，这导致信息间的传送形式的不匹配。在这期间，还有其他村落的人也来找过小 A，可是小 A 发现，每个村子之间用的操作系统都不一样。

路由器

这可咋办呐？难道以后只能各自村子玩各自的了吗？为了解决这一问题，各村的小伙伴们坐在一起组织了一场会议，最终得出了一套解决方案：采用同样的信息传送形式（像不像秦始皇统一度量衡）。那如何实现呢？小伙伴们规定，不同的村子间先在各自的操作系统上加上一套相同的协议。不同村落通信时，信息经协议加工成统一形式，再经由一个特殊的设备传送出去。这个设备就叫做路由器。路由器通过 IP 地址寻址，我们说它工作在计算机的网络层。

这样，经由如此的一系列改装，小 A 终于带领村民们实现了整个乡镇的通信。随着越来越多的城里人也加入小 A 的协议，小 A 带领村民逐步实现了全市、全国乃至全世界的通信。这一套协议便是** TCP/IP 协议簇**，互联网也便这样形成了。

后来,隔壁村二狗子跟小 A 打游戏输了,但是他不服气.于是;他联系了一批狐朋狗友，和他们串通好，每天固定一个时间大家一起给小 A 他们村发消息，内容什么都有，例如"打雷啦，下雨收衣服啊！"等等。搞得小 A 他们打游戏卡的要死，最后网络崩掉，。这就是"拒绝服务攻击”（DoS攻击）。

防火墙（Firewall）

那怎么办呢？聪明的小 E 发明了一个新设备。这个设备可以监控进出他们村网络的通信量，并可以规定哪些数据可以进出，哪些数据不可以进出，从而抵制对村内构成威胁的数据。他们设置二狗子村的数据禁止访问，这样二狗子和他朋友就不能攻击到小 A 他们村的网络了。大家觉得二狗子他们就像火灾一样，而这个东西能把他们防住，于是给这个设备取名叫防火墙（硬件）。后来小 E 觉得每台电脑都有防火墙就好了，不过家家户户都买个防火墙太贵了，于是他就自学编程，编了一个杀毒软件安装在电脑上，用来过滤不需要的信息，这个就是软件防火墙。

有了防火墙，小 A 他们村（局域网）就不用担心外村（互联网）随意访问他们的数据了，也不用担心他们村的小朋友看**小电影了。

即便如今全网络已遍布了全世界，在小 A 和村里的小伙伴对战帝国时代的时候，也仍然用着。只有和外面更大的世界交流的时候才用到路由器与防火墙。

总结：交换机适合局域网内互联，路由器实现全网段互联，防火墙用来过滤交互时不需要的数据。

他们之间的链接是这样的：路由器-防火墙-交换机，然后交换机再连接其他网络设备。

交换机和路由器的区别

1.工作地点不同

根据 OSI模型 的网络体系划分，自底向上，路由器 工作在第三层（网络层），而我们常说的 交换机 工作在第二层（链路层）（目前有更加高级的三层交换机，四层交换机，甚至还有七层交换机）

2.工作机制不同

路由器与交换机的主要工作如下：
路由器：寻址，转发（依靠 IP 地址）
交换机：过滤，转发（依靠 MAC 地址）

我们可以看出这两者的主要工作就是转发数据，但是不同之处是，依靠的地址不同，这是一个根本区别！

路由器 内有一份路由表，里面有它的寻址信息（就像是一张地图），在收到网络层的数据报后，会根据路由表和选路算法将数据报转发到下一站（可能是路由器、交换机、目的主机）

交换机 内有一张MAC表，里面存放着和它相连的所有设备的MAC地址，它会根据收到的数据帧的首部信息内的目的MAC地址在自己的表中查找，如果有就转发，如果没有就放弃

我们来看一个网络拓扑图例子：

通过拓扑图我们应该知道：
每一个 路由器 与其之下连接的设备，其实构成一个局域网
交换机 工作在 路由器 之下，就是也就是交换机工作在局域网内
交换机 用于局域网内网的数据转发，路由器 用于连接局域网和外网