史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門

1、前言

本文旨在簡單地說明集線器、交換機與路由器的區別，因而忽略了很多細節，三者實際的發展過程和工作原理並非文中所寫的這麼簡單。如果你看完本文能大概瞭解到三者的異同，本文的目的就達到了。

2、帝國時代

我相信我們都玩過一款特別火的遊戲：帝國時代。小時候想要玩帝國時代，需要到軟體城購買盜版光碟安裝，大概3塊錢一張左右的樣子，當時已經覺得很便宜了，誰想到現在有了網路之後是免費。

小A是一個帝國時代大神，他打通了遊戲的所有關卡，可以一個人單挑8個瘋狂的電腦玩家。漸漸地他覺得無聊了，想要找小夥伴一起PK。

但是兩個電腦需要互聯才行，如何實現兩臺裝置的互聯呢？

小A很聰明，他發明了一個類似於USB口一樣的可以傳輸資料的埠，他將其命名為網口。小A通過一根網線將自己的電腦與小B的網口相連，實現了兩臺電腦間的互連（如下圖）。

3、集線器（Hub）

兩個小夥伴很開心，聯機玩了起來，這時被路過的小C看見了，小C也要加入進來。

但是我們知道，每臺電腦只有一個網口，無法實現三臺電腦的相互連線，那要要怎麼辦呢？

這時候小B出了一個主意：我們們再找一臺計算機，給他多設計幾個網口，我們每個人都連到這臺計算機的網口上，不也實現我們們哥幾個之間的互連了嗎。

說幹就幹，於是他們設計出了一款微型計算機，他本身具備多個網口，專門實現多臺計算機的互聯作用，這個微型計算機就是集線器（HUB）。

顧名思義，集線器起到了一個將網線集結起來的作用，實現最初級的網路互通。

集線器是通過網線直接傳送資料的，我們說他工作在物理層（如下圖所示）。

4、交換機

有了集線器後，越來越多的小夥伴加入到遊戲中，小D、小E等人都慕名而來。

然而集線器有一個問題，由於和每臺裝置相連，他不能分辨出具體資訊是傳送給誰的，只能廣泛地廣播出去。

例如小A本來想問小C：你吃了嗎？結果小B，小D和小E等所有連線在集線器上的使用者都收到了這一資訊。 

由於處於同一網路，小A說話時其他人不能發言，否則資訊間會產生碰撞，引發錯誤，對這種情況，我們稱為各裝置處於同一衝突域內。

這樣的裝置使用者體驗極差，於是小夥伴們一起討論改進措施。

這時聰明的小D發話了：我們給這臺裝置加入一個指令，讓他可以根據網口名稱自動定址傳輸資料。

比如我把小A的網口命名為macA，將小C的命名為macC，這時如果小A想要將資料傳給小C，則裝置會根據網口名稱macA和macC自動將資料從A的電腦傳送到C的電腦中，而不讓小B、小D和小E收到。

（補充說明： 這裡的macA, macB指的就是MAC地址，相當於一個人的身份證，獨一無二。）

也就是說，這臺裝置解決了衝突的問題，實現了任意兩臺電腦間的互聯，大大地提升了網路間的傳輸速度，我們把它叫做交換機。

由於交換機是根據網口地址傳送資訊，比網線直接傳送多了一個步驟，我們也說交換機工作在資料鏈路層（如下圖）。

這回小夥伴們高興了，他們愉快地玩耍起來。

5、路由器

漸漸地，他們在當地有了名氣，吸引了越來越多的小夥伴加入到他們的隊伍中。有一天，一個外村的小夥突然找上門來，希望能和他們一起互聯，實現跨村間的網路對戰。

小A說可以呀，於是他們找了一根超長的網線將兩個村落的交換機連在了一起。結果發現一件奇怪的事：兩個村落間竟然不能相互通訊。

怎麼回事？原來那邊的電腦和他們用的不是一套作業系統，這導致資訊間的傳送形式的不匹配。在這期間，還有其他村落的人也來找過小A，可是小A發現，每個村子之間用的作業系統都不一樣。

這可咋辦吶？難道以後只能各自村子玩各自的了嗎？為了解決這一問題，各村的小夥伴們坐在一起組織了一場會議，最終得出了一套解決方案：採用同樣的資訊傳送形式（像不像秦始皇統一度量衡？）。

那如何實現呢？小夥伴們規定，不同的村子間先在各自的作業系統上加上一套相同的協議。不同村落通訊時，資訊經協議加工成統一形式，再經由一個特殊的裝置傳送出去。這個裝置就叫做路由器。

在這套協議中，每個機器都被賦予了一個IP地址，相當於一個門牌號一樣。路由器通過IP地址定址，我們說它工作在計算機的網路層。

這樣，經由如此的一系列改裝，小A終於帶領村民們實現了整個鄉鎮的通訊。隨著越來越多的城裡人也加入小A的協議，小A帶領村民逐步實現了全市、全國乃至全世界的通訊。這一套協議便是TCP/IP協議簇，網際網路也便這樣形成了

然而，即便如今全網路已遍佈了全世界，在小A和村裡的小夥伴對戰帝國時代的時候，也仍然用著交換機。只有和外面更大的世界交流的時候才用到路由器。

其實上圖只是為了幫助您更好地理解路由器，一個真實的網路拓撲中，路由器、交換機、集線器是一起分工合作的，正如下圖所示：

（如上圖所示：Router即路由器、Switch即交換機、Hub即集線器）

公眾號推薦: