交换机、路由器、防火墙

我们的计算机网络为什么需要交换机、路由器及防火墙呢？

具体来说，在我们发明网络之前，那些个人计算机是自己独立工作的，即没有网卡，也没有网络电缆或协议栈。我们主要使用软盘、光盘和其他介质来传输数据。

我们使用软盘、光盘和其他介质来传输数据，将会面临这样一个问题：数据传输慢及操作流程繁琐。我们如何来解决这个问题呢？网络电缆的出现解决了这个问题。

在计算机网络中，最小网络单元由网络电缆、网卡和协议栈组成。网络电缆起到物理介质的作用，以传输比特流/电信号。网卡将转换数据。例如，它将计算机存储的数据转换为网络电缆的位流/电流。协议栈作为一种通信语言，可以在通信过程中实现数据分析，地址寻址和流控制。

我们使用网络电缆传输数据，将会面临这样两个问题：网络电缆不够长怎么办？两台计算机之间的距离太远，一旦超过网络电缆的物理传输距离的上限，数据传输会发生丢包怎么办？

我们如何来解决这些问题呢？中继器的出现解决了这个问题。

中继器是一种物理层产品，可以实现中继和放大信号以实现数据的长距离传输，但是，中继器通常只有两个接口，如果计算机网络中有三台以上的计算机，则无法实现三台以上的计算机之间的直接数据通信。

我们使用中继器来传输数据，将会面临这样一个问题：中继器接口不足怎么办？集线器的出现解决了这个问题。

集线器是一种物理层产品，他是一个多接口转发器，他可以中继和放大信息，但从任何接口接收的数据都将泛洪到所有其他接口。

我们使用集线器来传输数据，将会面临这样一个问题：广播带来的安全问题。网桥的出现解决了这个问题。

网桥是一种数据链路层产品，用来连接两个物理网段的网络，数据包会根据MAC地址来发给指定的端口，网桥会跟踪插到他的接口上的网络的所有主机的地址，当桥的一端的这个网络的数据包发到网桥，网桥会通过滤机制，保证属于这一端的网络的数据包留在本地，而不会被转发到对面网络，当网桥接收到网络发出来的包的地址不属于桥的这一端，他就会发到对面去。但是，实际上他并不知道对面是否存在这个地址，他只是猜测既然不在这边，那么可能在对面，然后如果对面网络还有其他网桥，那么它会发现这个包不在自己这里，又会把包发到其他网桥的对面去，所以一个包要到达目的地址所在的计算机，需要经过多个网桥，因为上面这一点，广播和多播（例如arp这种找所有人要地址的包）的这类流量必须经过所有网桥，那么所有的计算机都是有机会读到这个广播包的，而计算机网络那么大（特别是网桥很多的计算机网络），其实很多包是和自己无关的，那么就会有可能引起广播风暴，从而阻止了单播的流量（即目的地址明确的包）。

我们使用网桥来传输数据，将会面临这样一个问题：数据传输速度不够快怎么办？交换机的出现解决了这个问题。

交换机是一种数据链路层产品，他可以记录该计算机的MAC地址，并产生一个MAC表。MAC表等效于映射。交换机根据MAC表在计算机之间转发数据流。交换机基于网桥进行扩展和升级。与网桥相比，他具有以下优点：接口数量更密集（每个计算机位于一个独立的冲突域中，带宽利用率大大提高）、使用专用的ASIC硬件芯片进行高速转发、VLAN隔离（不仅可以隔离冲突域，还可以通过VLAN隔离广播域）。交换机是一种局域网产品，通常用于局域网，无法实现远程WAN通信。

我们使用交换机来传输数据，将会面临这样一个问题：传输距离还不够怎么办？路由器的出现解决了这个问题。

路由器是一种网络层产品，他基于IP寻址，使用路由表来实现数据转发。路由器主要用于连接不同的局域网以实现广播域隔离，也可以用于远程通信，例如WAN连接。路由器的诞生是互联网爆炸的主要原因，跨媒体和跨地理网络的集成已成为现实。诸如IP协议之类的逻辑寻址机制是实现不同类型的LAN连接的关键。只要不同LAN的主机具有逻辑地址（IP地址）和合理的逻辑地址规划（网段规划），他们就可以通信。路由器正在实现LAN在他们之间进行通信时，将执行媒体翻转和路由转发。斯坦福大学和Cisco公司共同构建了世界上第一台路由器。

我们使用路由器来传输数据，将会面临这样一个问题：互联网数据传输不够安全怎么办？防火墙的出现解决了这个问题。

防火墙是一种工作在不同的OSI模型层产品，一般工作在OSI模型层的第二层至第七层，他是用于限制网络安全访问的网络安全产品，他通常用于Internet的边缘，以防止外部黑客攻击。根据防火墙的技术特点，可以分为包过滤、应用代理和状态检测防火墙。根据产品形式，它可以分为软件防火墙和硬件防火墙。防火墙可视为具有安全功能的路由器。早期的防火墙在路由器的基础上增加了访问控制功能，因此在路由器上可以看到许多防火墙功能，例如：路由协议、访问控制列表、地址NAT技术等。有没有路由器的防火墙吗？可以将位于网络边界的路由器直接替换为防火墙，但是防火墙和路由器可以同时存在于网络中。例如：防火墙可以放置在路由器之前或者之后。在这种情况下，路由器侧重于地址翻转和路由策略，而防火墙侧重于安全隔离等。在防火墙的基础上，扩展了Web应用防火墙，安全网关和入侵检测及入侵防御等网络安全产品。