本文由黃工首先發表于strongerHuang公眾號，原題“網絡硬件的發展史”，本文有修訂。

1、引言

本文是《網絡編程懶人入門》系列文章的第15篇，本篇將繼續以通俗易懂的文字，幫你無腦理解各種基礎網絡硬件設備的功能原理。

本文不羅列復雜、全面的計算機網絡理論，目的是讓閱讀者脫離以往計算機理論專著的枯燥內容，在寓教于樂的語言文字中輕松快速的掌握這些知識，適合入門者，計網大佬和網絡編程老油條們請略過。

學習交流：

（本文已同步發布于：http://www.52im.net/thread-4188-1-1.html）

2、如何連接個人計算機（PC）？

在發明網絡之前，個人計算機之間是獨立工作的，沒有網卡、網線或協議棧，主要使用磁盤、CD 和其他東西來傳輸數據。

后來，網線出現了。

最小的網絡單元由網線、網卡和協議棧組成：

• 1）網線起著物理介質的作用，以傳輸比特流 / 電信號；
• 2）網卡將轉換數據（例如：它將計算機存儲的數據轉換為網線的比特流 / 電信號）；
• 3）協議棧作為一種通信語言，可以在通信過程中實現數據分析、地址尋址和流控制。

3、網線不夠長怎么辦？

如果終端之間的距離太遠，一旦超過網線物理傳輸距離的上限，數據就會開始丟失。

中繼器是物理層的設備，可以中繼和放大信息以實現設備的遠距離傳輸。

4、中繼器端口不足怎么辦？

中繼器通常只有兩個接口，這意味著如果網絡中有三個以上的終端主機，則無法實現多個主機之間的直接數據通信。

集線器是一種多接口中繼器，也是一個物理層設備。它可以中繼和放大信息，從任何接口接收的數據都將被發送到所有其他接口。

5、如何有選擇性的發送數據？

有人把網橋比喻成一個 “聰明” 的中繼器。因為中繼器只是對所接收的信號進行放大，然后直接發送到另一個端口連接的電纜上，主要用于擴展網絡的物理連接范圍。

而網橋除了可以擴展網絡的物理連接范圍外，還可以對 MAC 地址進行分區，隔離不同物理網段之間的碰撞（也就是隔離 “沖突域”）。

6、速度不夠快怎么辦？

交換機可以記錄該終端主機的 MAC 地址，并生成一個 MAC 表。MAC 表相當于一個 “map”，交換機根據 MAC 表在主機之間轉發數據流。

交換機基于網橋進行擴展和升級。

與網橋相比，交換機具有以下優點：

• 1）接口數量更密集（每個主機位于一個獨立的沖突域中，帶寬利用率大大提高）；
• 2）使用專用的 ASIC 硬件芯片進行高速轉發；
• 3）VLAN 隔離（不僅可以隔離沖突域，還可以通過 VLAN 隔離廣播域）。

交換機是一種局域網設備，通常用于局域網，不能實現遠程廣域網通信。

7、距離還不夠怎么辦？

世界上第一臺路由器是由斯坦福大學的 Leonard Bossack 和 Santi Lerner 這對教師夫婦為斯坦福大學校園網絡 (SUNet) 和思科公司發明的。

▲ 思科公司創始人Leonard Bossack 和 Santi Lerner 夫婦

路由器是一種基于 IP 尋址的網絡層設備，利用路由表來實現數據轉發。路由器主要用于連接不同的局域網以實現廣播域隔離，也可以用于遠程通信，如廣域網連接。

諸如 IP 協議之類的邏輯尋址機制是實現不同類型局域網連接的關鍵。不同局域網的主機只要具有邏輯地址（IP 地址）和合理的邏輯地址規劃（網段規劃)，它們就可以通信。

路由器的誕生是互聯網爆炸的主要原因，跨媒介、跨地域的網絡集成已成為現實。

8、接線太麻煩怎么辦？

無線 AP可以被視為具有無線功能的交換機 / 路由器。隨著無線城市和移動辦公的發展趨勢，無線產品在網絡中所占的比例正在增加。

根據部署方式的不同，可以分為胖 AP 和瘦 AP 解決方案。

1）在胖 AP 方案中，無線 AP 具有獨立的操作系統，該操作系統可以獨立調試無線熱點的所有配置，類似于家用 Tp-link 產品。

2）在瘦 AP 方案中，無線 AP 僅具有無線信號傳輸功能，所有命令調試都集中在后臺的 AC / 無線控制器上。

小型無線網絡（家庭、小型企業）可以使用胖 AP 解決，而大型無線網絡（無線城市、無線園區網絡）則需要使用瘦 AP（AC + AP）解決。

9、不夠安全怎么辦？

防火墻是一種用于限制網絡安全訪問的網絡安全產品，通常用于 Internet 的邊緣，以防止外部黑客的攻擊。

根據防火墻的技術特點，可以分為包過濾、應用代理和狀態檢測防火墻。根據產品形式，可以分為軟件防火墻和硬件防火墻。

防火墻可視為具有安全功能的路由器。早期的防火墻在路由器的基礎上增加了訪問控制功能，因此在路由器上可以看到許多防火墻的功能，例如路由協議、訪問控制列表、地址轉換技術等。

防火墻和路由器可以同時存在于網絡中。例如，防火墻可以放置在路由器之前或之后。在這種情況下，路由器側重于地址轉換和路由策略，而防火墻側重于安全隔離等。

在防火墻的基礎上，擴展出了 Web 防火墻、安全網關和入侵檢測 / 入侵防御等安全產品。

10、網絡擁塞怎么辦？

網絡中的流量控制設備主要分為：

• 1）上網行為管理；
• 2）負載均衡器 / 應用交付；
• 3）鏈路優化；
• ... ...

上網行為管理產品主要關注細粒度的區分和流量控制。

負載平衡 / 應用程序交付側重于流量的負載平衡（根據流量特征、應用程序、地址等進行區分，然后分配到不同的鏈接和服務器）。

鏈接優化主要用于廣域網等低速鏈路的邊界，以使鏈路利用率最大化。

問題來了：組成一個網絡需要多少種設備？

11、家庭 SOHO 網絡

這是一個典型的家庭網絡，它通過無線路由器提供 WiFi 熱點訪問，并提供路由器連接到外部網絡。

12、小型企業網絡

小型企業網絡使用二層架構、單核拓撲，需要路由器、交換機和服務器。

13、園區網

最常見的園區網架構，如大中型企業網絡 / 校園網絡，采用接入匯聚核三層架構和雙核組網。

根據網絡需求，分為：

• 1）用戶區；
• 2）內部服務區；
• 3）外部服務區；
• 4）管理區；
• 5）Internet 區；
• ... ...

它們通過核心交換機和防火墻連接并隔離。

互聯網使用多出口連接，通過路由器實現撥號和 NAT，通過流量控制設備實現負載均衡 / 上網行為管理，通過防火墻實現安全隔離。

14、數據中心網絡

上圖是典型的大型第二層數據中心網絡 / IDC 設計。

主要分為：

• 1）租戶區（服務集群）；
• 2）Internet 區；
• 3）安全管理區域。

租戶區：采用設備虛擬化和鏈路虛擬化技術，提高設備處理能力和鏈路承載能力，并將負載均衡器放置在服務器區域中，以合理有效的方式將流量分配給固定服務器。

Internet 出口區域：使用路由器執行 BGP 和地址反轉，使用 IPS / anti-DDoS 設備進行大流量泛洪攻擊，使用流量控制執行出口負載，并使用防火墻進行安全隔離。

安全管理區：通過防火墻安全訪問，通過審計、日志、入侵檢測、網絡管理等產品對整個網絡進行管理。

15、系列文章

本文是系列文章中的第15篇，本系列文章的大綱如下：

[1] 網絡編程懶人入門(一)：快速理解網絡通信協議（上篇）

[2] 網絡編程懶人入門(二)：快速理解網絡通信協議（下篇）

[3] 網絡編程懶人入門(三)：快速理解TCP協議一篇就夠

[4] 網絡編程懶人入門(四)：快速理解TCP和UDP的差異

[5] 網絡編程懶人入門(五)：快速理解為什么說UDP有時比TCP更有優勢

[6] 網絡編程懶人入門(六)：史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門

[7] 網絡編程懶人入門(七)：深入淺出，全面理解HTTP協議

[8] 網絡編程懶人入門(八)：手把手教你寫基于TCP的Socket長連接

[9] 網絡編程懶人入門(九)：通俗講解，有了IP地址，為何還要用MAC地址？

[10] 網絡編程懶人入門(十)：一泡尿的時間，快速讀懂QUIC協議

[11] 網絡編程懶人入門(十一)：一文讀懂什么是IPv6

[12] 網絡編程懶人入門(十二)：快速讀懂Http/3協議，一篇就夠！

[13] 網絡編程懶人入門(十三)：一泡尿的時間，快速搞懂TCP和UDP的區別

[14] 網絡編程懶人入門(十四)：到底什么是Socket？一文即懂！

[15] 網絡編程懶人入門(十五)：外行也能讀懂的網絡硬件設備功能原理速成（* 本文)

16、參考資料

[1] 快速理解網絡通信協議（上篇）

[2] 快速理解網絡通信協議（下篇）

[3] 假如你來設計網絡，會怎么做？

[4] 史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門

[5] 面視必備，史上最通俗計算機網絡分層詳解

[6] 技術往事：改變世界的TCP/IP協議（珍貴多圖、手機慎點）

[7] P2P技術詳解(一)：NAT詳解——詳細原理、P2P簡介

[8] 通俗講解，有了IP地址，為何還要用MAC地址？

（本文已同步發布于：http://www.52im.net/thread-4188-1-1.html）