幾乎每個(gè)網(wǎng)絡(luò)都使用三種基本設(shè)備——網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、網(wǎng)絡(luò)路由器和網(wǎng)絡(luò)防火墻。它們可以集成到一個(gè)設(shè)備中，用于小型網(wǎng)絡(luò)，例如家庭網(wǎng)絡(luò)，但對(duì)于大型網(wǎng)絡(luò)則不然。對(duì)于任何網(wǎng)絡(luò)，三個(gè)設(shè)備中的任何一個(gè)都不能關(guān)閉。在這篇文章中了解它們的工作原理以及它們?nèi)绾螛?gòu)建您的網(wǎng)絡(luò)。

交換機(jī)——在網(wǎng)絡(luò)中橋接您的設(shè)備

在局域網(wǎng) (LAN) 中，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的功能類似于城市中的立交橋，橋接其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如交換機(jī)、路由器、防火墻和無(wú)線接入點(diǎn) (WAP)，并連接客戶端設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 相機(jī)和 IP 打印機(jī)。它為網(wǎng)絡(luò)上的所有不同設(shè)備提供連接的中心位置。

圖 1：交換機(jī)橋接不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和客戶端設(shè)備，例如城市的立交橋。

開關(guān)如何工作？

交換機(jī)通過(guò)保存在哪個(gè)交換機(jī)端口上看到了哪些媒體訪問控制 (MAC) 地址的表來(lái)交換數(shù)據(jù)幀。MAC 地址是網(wǎng)絡(luò)接口控制器 (NIC) 硬件中的烙印。每個(gè)網(wǎng)卡和交換機(jī)和路由器的每個(gè)端口都有一個(gè)唯一的 MAC 地址。交換機(jī)從數(shù)據(jù)幀中學(xué)習(xí)源 MAC 地址和目的 MAC 地址，并將它們保存在表中。它引用該表來(lái)確定將接收到的幀發(fā)送到何處。如果它收到表中沒有的目標(biāo) MAC 地址，它會(huì)將幀泛洪到所有交換機(jī)端口，這稱為廣播。當(dāng)它收到響應(yīng)時(shí)，將 MAC 地址放入表中，下次不需要泛洪。

圖 2：交換機(jī)從數(shù)據(jù)幀中學(xué)習(xí) MAC 地址。

路由器——將您與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)

路由器（有時(shí)稱為網(wǎng)關(guān)）是用于在不同網(wǎng)絡(luò)之間路由數(shù)據(jù)包并將您的網(wǎng)絡(luò)與 Internet 連接的硬件設(shè)備。事實(shí)上，互聯(lián)網(wǎng)是由數(shù)十萬(wàn)個(gè)路由器組成的。

工業(yè)級(jí)4g路由器如何工作？

路由器檢查每個(gè)數(shù)據(jù)包的源 IP 地址和目標(biāo) IP 地址，在路由器的 IP 路由表中查找數(shù)據(jù)包的目標(biāo)，并將數(shù)據(jù)包路由到另一個(gè)路由器或交換機(jī)。該過(guò)程一直在進(jìn)行，直到到達(dá)目標(biāo) IP 地址并做出響應(yīng)。當(dāng)?shù)竭_(dá)目的 IP 地址的方式不止一種時(shí)，路由器可以明智地選擇最經(jīng)濟(jì)的一種。當(dāng)數(shù)據(jù)包的目的地不在路由表中時(shí)，數(shù)據(jù)包將被發(fā)送到默認(rèn)路由器（如果有的話）。如果數(shù)據(jù)包沒有目的地，它將被丟棄。

圖 3：路由器如何將數(shù)據(jù)包從源路由到目標(biāo)。

通常，您的路由器由您的 Internet 服務(wù)提供商 (ISP) 提供。您的 Internet 提供商會(huì)為您分配一個(gè)路由器 IP 地址，這是一個(gè)公共 IP 地址。當(dāng)您瀏覽 Internet 時(shí)，外部世界會(huì)通過(guò)公共 IP 地址識(shí)別您的身份，并且您的私有 IP 地址受到保護(hù)。但是，您的臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦、iPad、電視媒體盒、網(wǎng)絡(luò)復(fù)印機(jī)的私有 IP 地址是完全不同的。否則，路由器無(wú)法識(shí)別哪個(gè)設(shè)備在請(qǐng)求什么。

路由器有什么作用？

路由器解釋不同的網(wǎng)絡(luò)。除了最常用的以太網(wǎng)外，還有許多其他不同的網(wǎng)絡(luò)，例如 ATM 和令牌環(huán)網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)以不同的方法封裝數(shù)據(jù)，因此它們無(wú)法直接通信。路由器可以“翻譯”來(lái)自不同網(wǎng)絡(luò)的這些數(shù)據(jù)包，以便它們能夠相互理解。

路由器防止廣播風(fēng)暴。如果沒有路由器，廣播將到達(dá)每個(gè)設(shè)備的每個(gè)端口并被每個(gè)設(shè)備處理。當(dāng)廣播量過(guò)大時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)出現(xiàn)混亂。路由器將網(wǎng)絡(luò)細(xì)分為兩個(gè)或多個(gè)由它連接的較小網(wǎng)絡(luò)，它不允許廣播在子網(wǎng)之間流動(dòng)。

圖 4：廣播量大時(shí)發(fā)生廣播風(fēng)暴。

交換機(jī)與工業(yè)級(jí)4g路由器

為什么要比較交換機(jī)與路由器？因?yàn)榈?3 層交換機(jī)能夠進(jìn)行路由。有人可能會(huì)問，為什么不直接使用 L3 交換機(jī)，那么根本不需要路由器。每個(gè)設(shè)備都有自己的功能，選擇取決于許多因素。一方面，例如，對(duì)于擁有 10-100 個(gè)用戶的小型網(wǎng)絡(luò)，L3 交換機(jī)在成本或功能方面是一種過(guò)度殺傷力。合適的路由器可以以合理的成本很好地完成這項(xiàng)工作。另一方面，您可以根據(jù)需要在路由器上安裝交換模塊，使其像 L3 交換機(jī)一樣工作。所以使用哪個(gè)設(shè)備的點(diǎn)應(yīng)該考慮它的可擴(kuò)展性、彈性、軟件特性、硬件性能等。

防火墻——保護(hù)您的網(wǎng)絡(luò)

防火墻實(shí)際上是用于在緊急情況下阻止火災(zāi)的墻壁。網(wǎng)絡(luò)防火墻在 Intranet/LAN 和 Internet 之間設(shè)置了一道屏障。通常，網(wǎng)絡(luò)防火墻保護(hù)內(nèi)部/私有 LAN 免受外部攻擊，并防止重要數(shù)據(jù)泄露。雖然沒有防火墻功能的路由器會(huì)在兩個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)之間盲目傳遞流量，但防火墻會(huì)監(jiān)控流量并阻止未經(jīng)授權(quán)的流量。

圖 5：防火墻在 Internet 和 Intranet/LAN 之間設(shè)置了一道屏障。

除了將 LAN 與 Internet 分開外，網(wǎng)絡(luò)防火墻還可用于將 LAN 內(nèi)的重要數(shù)據(jù)與普通數(shù)據(jù)分開。這樣也可以避免內(nèi)部入侵。

圖 6：內(nèi)部防火墻將重要數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)分開。

網(wǎng)絡(luò)防火墻如何工作？

一種常見類型的硬件防火墻允許您定義阻止規(guī)則，例如通過(guò) IP 地址、通過(guò)端口的傳輸控制協(xié)議 (TCP) 或用戶圖協(xié)議 (UDP)。因此，禁止不需要的端口和 IP 地址。其他一些防火墻是軟件應(yīng)用程序和服務(wù)。這樣的防火墻就像一個(gè)將兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)互連的代理服務(wù)器。內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)不直接與外部網(wǎng)絡(luò)通信。這兩種類型的組合通常更安全、更有效。

交換機(jī)、工業(yè)級(jí)4g路由器和防火墻：它們是如何連接的？

通常路由器是您局域網(wǎng)中的第一件事，網(wǎng)絡(luò)防火墻位于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和路由器之間，因此可以過(guò)濾所有進(jìn)出的流量。然后開關(guān)隨之而來(lái)。由于許多 Internet 提供商現(xiàn)在都提供光纖服務(wù) (FiOS)，因此您需要在網(wǎng)絡(luò)防火墻之前使用調(diào)制解調(diào)器，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為可以通過(guò)以太網(wǎng)電纜傳輸?shù)碾娦盘?hào)。所以典型的配置是 Internet-modem-firewall-switch。然后交換機(jī)連接其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

圖 7：交換機(jī)、路由器和防火墻如何在網(wǎng)絡(luò)中連接。

概括

交換機(jī)可以在您的 LAN 中實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通信；路由器將您連接到互聯(lián)網(wǎng)；防火墻保護(hù)您的網(wǎng)絡(luò)。這三個(gè)組件在網(wǎng)絡(luò)中都是不可或缺的。小型網(wǎng)絡(luò)可能具有這三者的集成設(shè)備，而大型網(wǎng)絡(luò)（如企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、您的 Internet 服務(wù)提供商）將擁有所有這三者來(lái)保持多重、復(fù)雜和高度安全的通信。