Networking devices
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理解网络设备的关键在于
理清这些设备运作的网络层级，与其解决的问题
首先，让我们看一下OSI模型，可以看到以传输层为界，分为软件层和硬件层，拥有良好的职责划分。
从底层往上，每一层用的设备是：
- 物理层：集线器(Hub)，中继器(Repeater)
- 链路层：桥接器(Bridge)，网卡(Network card)，2层交换机(2-layer switch)
- 网络层：路由器(Router)，3层交换机(3-layer switch)
- 传输层：防火墙(Firewall)
- 会话层及以上：防火墙(Firewall)，终端设备(如PC，Phone，Server等)
在这其中，网关(Gateway)可以被使用在任何一层。
顾名思义，网关(Gateway)是将两个网络连接在一起的通道，可以在不同的网络模型上工作。它们基本上是一种代理，从一个系统中获取数据，解释数据并将其传输到另一系统。网关也称为协议转换器，可以在任何网络层上运行。网关通常比交换机或路由器复杂。
本文依次从物理层开始，逐层介绍以下常见的网络设备：
中继器、集线器、桥接器、交换机、路由器 ······
以太网
说到网络，那肯定要提及以太网(Ethernet)
以太网标准最初订于1983年IEEE 802.3，历经了多个附加标准后，从最初龟速的10 Mbit/s，发展至今日超神速的400Gbit/s的太比特以太网(Terabit Ethernet，TbE)，或者被称为万兆以太网。
总线拓扑(Bus Topology)
传统以太网常使用总线拓扑。将一同轴电缆布于建筑物内，并透过收发器(transceiver)将多台主机连结至此主干网路，其简单、便宜的特性，在当时很快就得到广泛的使用。
若节点A想发送以太网帧讯给节点D，只需在帧的目的地址(destination address)栏位，填上节点D的MAC地址。然而，因为共享介质的关系，传统以太网是以**广播(broadcast)**方式进行传输，尽管节点A只是想发送帧给节点D，但是线路上的『所有节点』也都将会收到该帧。
这也带来了安全问题，例如，若节点C想拦截经过的帧时，只需开启混杂模式(promiscuous mode)，就能监听、甚至修改帧内容。
中继器(Repeater)
中继器在物理层运行，由于「信号衰减和时序」的问题，每个版本的以太网都在不同缆线之上有最大传输距离的限制。
它的任务是在信号变得太弱或损坏之前，在同一网络上重新生成信号，以延长信号可以在同一网络上传输的长度。
当信号变弱时，他们会一点一点地复制信号并以原始强度重新生成信号，通常是一个2端口设备。
集线器(Hub)
集线器基本上是多端口中hub继器，并且通常是一种中央节点(central node)的概念。集线器连接来自不同分支的多条电线，例如星形拓扑结构中连接不同站点的连接器。
但是集线器无法过滤数据，因此数据包还将发送到所有连接的设备。换句话说，通过集线器连接的所有主机的冲突域仍然是一个。而且，他们没有智能来找出数据包的最佳路径，这会导致效率低下和浪费。
因此，集线器连接起来的以太网可以被认为是「伪」星形拓朴，逻辑上仍属于总线(bus topology)。
同时也有，主动集线器：中继器+集线器
这些集线器具有自己的电源，可以清理，增强和中继信号以及网络。它既可以用作中继器，也可以用作布线中心，用于扩展节点之间的最大距离。
桥接器(Bridge)
因为存在碰撞(collision)的问题，提出了CSMA/CD来避免碰撞，但是不但速度慢、浪费频宽使用率，也带来布线上的诸多限制。
根本原因是因为这些节点都处在同一个冲突域中，因此就有了一个自然的想法
「尽量」让每个节点都有一个自己冲突域！
因此，就有了桥接器，用于连接多个传统以太网，成为『一个』大型以太网，同时还可以切开冲突域，进而减少碰撞机率，提升平均带宽。
图中，共有四个冲突域(但是是一个局域网)
那么何不多加几个端口，将冲突域切得更细呢？
交换机(Switch)
多端口桥接器(multiport bridge)便被称为交换器(switch)，也因此桥接器(bridge)与交换器(switch)
时常被视为等价的。
这里指的是2层交换机，因此位于链路层，并且具有缓冲区，可以提高其效率（大量端口意味着每个端口更少的流量）和性能。
所有的端口都是独立处理，为了让每个端口都是独立的冲突域
交换机可以在转发数据之前执行错误检查，这使得它非常高效，因为它不会转发有错误的数据包，而仅将正确的数据包转发到正确的端口，这也意味着交换机带有过滤功能（filtering）。
换句话说，交换机划分主机的冲突域，但广播域保持不变。
转发
注意这里的转发是针对MAC地址转发的
当交换器欲转发以太网帧时，便查询转发表中是否有该目的地址的对应的端口条目，有的话，就直接转发至该端口；否则，将采取泛洪演算法(flooding algorithm)：也就是说，复制以太网帧并传送到「除了来源端口以外」的「所有端口」。
这也被称之为单播泛洪(unicast flood)，其本质上还是单播，若下个接收泛洪帧的交换器知道目的地址的端口，即可直接进行点对点转送，这点与**广播(broadcast )**截然不同。
广播域(Broadcast Domain)
之前提到了广播和单播，与之对应MAC地址也有单播地址(unicast address)，广播地址(broadcast address)以及多播地址(multicast address)
单播：指封包在计算机网络的传输中，目的地址为单一目标的一种传输方式。
广播：IPv6不支持广播，广播相应的功能由任播(anycast)代替
ff:ff:ff:ff:ff:ff(广播地址)
多播：是指把信息同时传递给一组目的地址。它使用的策略是最高效的，因为消息在每条网络链路上只需传递一次，且只有在链路分叉的时候，消息才会被复制。
任播(anycast)：是一种网络寻址和路由的策略，使得可以根据路由拓朴来决定送到“最近”或“最好”的目的地
广播风暴(broadcast storm)
尽管交换机能切割冲突域，刚才提到交换机不能分割广播域，若节点们位于相同的广播域，它们都将被迫处理、丢弃未知目的单播(泛洪)帧，以及广播、群播帧。
若帧数量较多，将导致整体网络效率降低，极端数量的帧，更可能瘫痪网络，此情形便被称为广播风暴(broadcast storm)。
广播风暴(broadcast storm)通常是因交换器之间的的连接方式中存在回圈、并联所造成，这不一定表示拓朴方式是错的，相反地，在业务上上常需要这些备用链结，以预防主交换器故障所造成的损失。
为避免交换机连接方式中存在回圈，导致帧被无止境的复制、转送，Radia Perlman于1985年发明了著名的生成树协议(Spanning Tree Protocol, STP)。随后，IEEE则引进了RSTP(802.1w)以及MSTP(802.1s)，以改善STP的收敛时间(convergence time)
切割广播域
连接至相连的交换机的设备，皆位于相同的广播网域，意味着随着服务器的增加，将使整个局域网的广播帧增加、效率下降。
因此，有了VLAN。VLAN则使得网络设备拥有了切割广播网域的功能。
VLAN，Virtual LAN，VLAN所指的LAN特指使用三层交换机分割的网络——也就是广播域。
由于交换机（这里指2层交换机）的任务是转送同一局域网帧到对应的端口，「不同VLAN」的成员因为已位于不同的 (虚拟) 局域网，它们将无法透过交换机直接通信，只能借由外部设备或三层交换机通信
依照端口 or MAC来分配VLAN ID，其中1号ID是预设VLAN
路由器(Router)
路由器是一种类似于三层交换机的设备，可以根据其IP地址路由数据包，因此是网络层设备。
路由器通常将LAN和WAN连接在一起，并具有动态更新的路由表，并根据此路由表来决定对数据包进行路由，这使网络可以跨越不同的协议。 路由器也划分通过它连接的主机的广播域。
路由器与三层交换机
相同之处
三层交换机既是交换机又是路由器：它可以被视为具有多个以太网端口并具有交换功能的路由器。3层交换机通过检查IP地址和MAC地址来启用数据包交换。因此，第3层交换机能够将端口隔离到单独的VLAN中，并在它们之间执行路由。与传统路由器一样，第3层交换机也可以配置为支持路由协议，例如RIP，OSPF和EIGRP。
不同之处
- 路由器的功能是同时连接各种网络，三层交换机的主要功能是同时连接各种设备。
- 路由器支持MPLS和VPN服务，而三层交换机不支持MPLS和VPN服务。
- 路由器一般端口数量小于三层交换机
- 路由器吞吐量低于三层交换机，因此交换能力低于三层交换机
- 路由器一般价格高于三层交换机
- 路由器支持诸如NAT，隧道，防火墙，IP地址分配（DHCP）等边缘技术，三层交互机并不支持
- 在路由器中，转发由软件执行，而在三层交互机中，一般为ASIC实现（即硬件实现）
- 此外，路由器是将LAN连接到WAN的设备，而交换机只是LAN设备