2.3 网络互连设备

网络互连设备是实现网络互连的关键，主要有中继器、集线器、网桥、交换机、路由器和网关。这些设备在实现局域网的互连中工作于OSI参考模型的不同层，每种互连网络设备提供的功能与OSI参考模型规定的相应层的功能一致。各种网络互连设备在OSI参考模型中的位置与作用见表2.7。

1.中继器

中继器（Repeater）又称为重发器，是最简单的网络互连设备，工作于OSI的物理层。它的作用是放大信号，补偿信号衰减，提供电流以支持远距离的通信。中继器具有如下特性：

⊙ 中继器仅作用于物理层，只具有简单的信号放大和再生功能，不能检查和纠正错误。

⊙ 中继器只能互连相同类型的局域网。实际应用中，中继器主要用于同轴电缆网段的连接。

⊙ 由于中继器在物理层实现互连，因此它对物理层以上各层协议完全透明，也就是说，中继器支持数据链路及其以上各层的所有协议。

使用中继器时应注意两点：一是不能形成环路，二是考虑到网络的传输延迟和负载情况，不能无限制地连接中继器，如一个以太网上最多使用4个中继器，连接5个网段。

2.集线器

集线器（Hub）是对网络进行集中管理的共享设备，工作于OSI的物理层。其主要作用是将信号再生转发，最大的特点是采用共享型模式（共享就是指在有一个端口向另一个端口发送数据时，其他端口都处于“等待”状态），其实质是一个多接口的中继器。

集线器的出现使局域网的结构从以总线型为主变为以星型为主。使用集线器组网灵活，它处于网络的一个星型节点，对相连的工作站进行集中管理，不让出问题的工作站影响整个网络的正常运行，并且用户的加入和退出也很方便。连接在集线器上的主机以广播方式传输数据，按照CSMA/CD存取，每个端口的可用带宽是集线器总带宽的平均值，与主机数量成反比。

集线器的总线带宽可分为10Mbps、100Mbps和10/100Mbps自适应三种。其端口数有8口、16口、24口和48口不等，一般有独立式和可堆叠两种。独立式集线器可以通过UTP级联普通端口实现连接，主要用于办公室、网络教室、业务室以及家庭范围的小型工作组级局域网。可堆叠集线器具有专用的级联端口，可用专用连接线缆将若干个可堆叠集线器通过该端口把集线器主板的高速总线连接起来构成一个堆叠式集线器。但堆叠的个数有限制，一般是6～8，最多为10。

目前，集线器已基本淘汰，一般都采用交换机作为组网设备。

3.网桥

网桥（Bridge）也称为桥接器，是一种在OSI的第二层（数据链路层）实现局域网互连的设备，在两个局域网段之间对数据帧进行接收、存储并根据MAC地址进行转发。网桥把两个物理网络（段）连接成一个逻辑网络，使这个逻辑网络的行为看起来就像一个单独的物理网络一样，也可以将一个大网分成多个子网，均衡各网段的负荷，提高网络的性能。

网桥具有帧过滤与存储转发、地址学习、生成树的演绎、管理监控等功能。与中继器相比，网桥具有下列特性：

⊙ 网桥能够互连两个采用不同数据链路层协议、不同传输介质与不同数据传输速率的网络。但在实际应用中，网桥只用于连接两个协议一致的局域网。

⊙ 网桥独立于高层协议，或者说，网桥与高层协议无关。

⊙ 网桥可以分隔两个网络之间的广播通信量，有利于改善互连网络的性能与安全性。

① 按其所连接LAN的类型，网桥可分为透明网桥、转换网桥、封装网桥和源路由网桥。

透明网桥（transparent bridge）是指它对于互连局域网的各节点来说是“透明”的，在MAC帧中不包含路由信息，即帧中不携带帧应该经过的网桥的标识信息，局域网上的各节点不负责路由选择，所有的路由判决和帧的转发完全由各个网桥自己决定。当网桥连入网络时，它能自动初始化并对自身进行配置。透明网桥一般用在两个使用同样的MAC层协议的网段之间的互连，如连接两个Ethernet网段或两个令牌环网。透明网桥的最大优点是容易安装，是一种即插即用设备。

转换网桥是透明网桥的一种特殊形式，在物理层和数据链路层为使用不同协议的LAN提供网络连接服务。

封装网桥用于连接FDDI骨干网，将接收的帧置于FDDI骨干网使用的信封内，并将封装的帧转发到FDDI骨干网，进而传递到其他封装网桥，拆除信封，送到预定的工作站。

源路由网桥（source routing bridge）主要用于互连令牌环网，源路由的含义是源主机在发出的帧中封装了路由信息，即去往目的主机应该经过的网桥序列。源路由网桥根据帧中携带的路由信息进行过滤转发帧。用户必须掌握网络的拓扑结构，以便知道到达哪个主机应该经过哪些网桥。

② 按其运行的模式，可分为内部网桥（内桥）和外部网桥（外桥）。内桥是利用服务器或专用计算机来实现网桥功能，外桥是一台单独的物理设备。

4.交换机

交换机（Switch）工作于OSI的数据链路层，是数据链路层互连设备。交换机有多个端口，每个端口都具有桥接功能，可以连接一个局域网或一台高性能服务器或工作站。所有端口由专用处理器进行控制，并经过控制管理总线转发信息。交换机的基本工作原理与网桥是一致的，其实质是一个多端口的网桥。但是交换机的结构比网桥要复杂得多，功能也强大得多。交换机对网桥的发展主要集中在交换结构、通信容量、可管理性、生成树标准和VLAN标准的改进等方面。交换机的具体功能、原理、配置方法和应用等在本书第3章详细介绍。

5.路由器

路由器（Router）工作于OSI的网络层，是一种多类型端口设备，用于连接多个逻辑上分开的网络。路由器可以连接不同数据传输速率并运行于各种环境的局域网和广域网，也可以采用不同的协议。路由器的具体功能、原理、配置方法和应用等在本书第4章详细介绍。

6.网关

网关（Gateway）又称为网间连接器、协议转换器，是工作于OSI传输层以上（包括传输层）的网络互连设备，其功能是实现高层协议的转换，能够互连两个体系结构完全不同的网络。

在早期的因特网中，网关即指路由器，是网络中超越本地网络的标记。随着因特网迅速发展，现在路由器变成了多功能的网络设备，失去了原有的网关概念，然而网关仍然沿用了下来，不断地应用到多种不同的功能中。

网关也可以由安装在计算机内的网关软件来实现，通常每种网关都是针对一种特殊的应用的，不可能有通用网关，如电子邮件网关、远程终端仿真网关等。

（1）网关的主要转换项目

网关的作用是对两个网络中的使用不同传输协议的数据进行互相的翻译转换，其主要转换项目包括信息格式变换、地址变换、协议变换等。

⊙ 格式变换：将信息的最大长度、文字代码、数据的表现形式等转换成适用于对方网络的格式。

⊙ 地址变换：由于每个网络的地址构造不同，因而需要转换成对方网络所需要的地址格式。

⊙ 协议变换：把各层使用的控制信息变换成对方网络所需的控制信息，由此可以进行信息的分割/组合、数据流量控制、错误检测等。

（2）网关的分类

网关按其功能可以分为三种：协议网关、应用网关和安全网关。

协议网关通常在使用不同协议的网络间做协议转换工作，这是网关最常见的功能。协议转换必须在数据链路层以上的所有协议层都运行，而且要对节点上使用这些协议层的进程透明。协议转换必须考虑两个协议之间特定的相似性和差异性，所以协议网关的功能十分复杂。

应用网关是在应用层连接两部分应用程序的网关，是在不同数据格式间翻译数据的系统。这类网关一般只适合于某种特定的应用系统的协议转换。

安全网关就是防火墙，将在本书第5章详细介绍。