幾乎每個網(wǎng)絡都使用三種基本設備——網(wǎng)絡交換機、網(wǎng)絡路由器和網(wǎng)絡防火墻。它們可以集成到一個設備中，用于小型網(wǎng)絡，例如家庭網(wǎng)絡，但對于大型網(wǎng)絡則不然。對于任何網(wǎng)絡，三個設備中的任何一個都不能關閉。在這篇文章中了解它們的工作原理以及它們?nèi)绾螛嫿木W(wǎng)絡。

交換機——在網(wǎng)絡中橋接您的設備

在局域網(wǎng) (LAN) 中，網(wǎng)絡交換機的功能類似于城市中的立交橋，橋接其他網(wǎng)絡設備，如交換機、路由器、防火墻和無線接入點 (WAP)，并連接客戶端設備，如計算機、服務器、互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議 (IP) 相機和 IP 打印機。它為網(wǎng)絡上的所有不同設備提供連接的中心位置。

圖 1：交換機橋接不同的網(wǎng)絡設備和客戶端設備，例如城市的立交橋。

開關如何工作？

交換機通過保存在哪個交換機端口上看到了哪些媒體訪問控制 (MAC) 地址的表來交換數(shù)據(jù)幀。MAC 地址是網(wǎng)絡接口控制器 (NIC) 硬件中的烙印。每個網(wǎng)卡和交換機和路由器的每個端口都有一個唯一的 MAC 地址。交換機從數(shù)據(jù)幀中學習源 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 MAC 地址，它會將幀泛洪到所有交換機端口，這稱為廣播。當它收到響應時，將 MAC 地址放入表中，下次不需要泛洪。

圖 2：交換機從數(shù)據(jù)幀中學習 MAC 地址。

路由器——將您與互聯(lián)網(wǎng)連接起來

路由器（有時稱為網(wǎng)關）是用于在不同網(wǎng)絡之間路由數(shù)據(jù)包并將您的網(wǎng)絡與 Internet 連接的硬件設備。事實上，互聯(lián)網(wǎng)是由數(shù)十萬個路由器組成的。

工業(yè)級4g路由器如何工作？

路由器檢查每個數(shù)據(jù)包的源 IP 地址和目標 IP 地址，在路由器的 IP 路由表中查找數(shù)據(jù)包的目標，并將數(shù)據(jù)包路由到另一個路由器或交換機。該過程一直在進行，直到到達目標 IP 地址并做出響應。當?shù)竭_目的 IP 地址的方式不止一種時，路由器可以明智地選擇最經(jīng)濟的一種。當數(shù)據(jù)包的目的地不在路由表中時，數(shù)據(jù)包將被發(fā)送到默認路由器（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。

通常，您的路由器由您的 Internet 服務提供商 (ISP) 提供。您的 Internet 提供商會為您分配一個路由器 IP 地址，這是一個公共 IP 地址。當您瀏覽 Internet 時，外部世界會通過公共 IP 地址識別您的身份，并且您的私有 IP 地址受到保護。但是，您的臺式機、筆記本電腦、iPad、電視媒體盒、網(wǎng)絡復印機的私有 IP 地址是完全不同的。否則，路由器無法識別哪個設備在請求什么。

路由器有什么作用？

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

路由器防止廣播風暴。如果沒有路由器，廣播將到達每個設備的每個端口并被每個設備處理。當廣播量過大時，整個網(wǎng)絡就會出現(xiàn)混亂。路由器將網(wǎng)絡細分為兩個或多個由它連接的較小網(wǎng)絡，它不允許廣播在子網(wǎng)之間流動。

圖 4：廣播量大時發(fā)生廣播風暴。

交換機與工業(yè)級4g路由器

為什么要比較交換機與路由器？因為第 3 層交換機能夠進行路由。有人可能會問，為什么不直接使用 L3 交換機，那么根本不需要路由器。每個設備都有自己的功能，選擇取決于許多因素。一方面，例如，對于擁有 10-100 個用戶的小型網(wǎng)絡，L3 交換機在成本或功能方面是一種過度殺傷力。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 交換機一樣工作。所以使用哪個設備的點應該考慮它的可擴展性、彈性、軟件特性、硬件性能等。

防火墻——保護您的網(wǎng)絡

防火墻實際上是用于在緊急情況下阻止火災的墻壁。網(wǎng)絡防火墻在 Intranet/LAN 和 Internet 之間設置了一道屏障。通常，網(wǎng)絡防火墻保護內(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在兩個獨立的網(wǎng)絡之間盲目傳遞流量，但防火墻會監(jiān)控流量并阻止未經(jīng)授權的流量。

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

除了將 LAN 與 Internet 分開外，網(wǎng)絡防火墻還可用于將 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 IP 地址、通過端口的傳輸控制協(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用程序和服務。這樣的防火墻就像一個將兩個網(wǎng)絡互連的代理服務器。內(nèi)部網(wǎng)絡不直接與外部網(wǎng)絡通信。這兩種類型的組合通常更安全、更有效。

交換機、工業(yè)級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)絡防火墻位于內(nèi)部網(wǎng)絡和路由器之間，因此可以過濾所有進出的流量。然后開關隨之而來。由于許多 Internet 提供商現(xiàn)在都提供光纖服務 (FiOS)，因此您需要在網(wǎng)絡防火墻之前使用調(diào)制解調(diào)器，將數(shù)字信號轉換為可以通過以太網(wǎng)電纜傳輸?shù)碾娦盘?。所以典型的配置?Internet-modem-firewall-switch。然后交換機連接其他網(wǎng)絡設備。

圖 7：交換機、路由器和防火墻如何在網(wǎng)絡中連接。

概括

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