史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門
帝國時代
我相信我們都玩過一款特別火的游戲：帝國時代。小時候想要玩帝國時代，需要到軟件城購買盜版光盤安裝，大概3塊錢一張左右的樣子，當時已經(jīng)覺得很便宜了，誰想到現(xiàn)在有了網(wǎng)絡之后是免費。
小A是一個帝國時代大神，他打通了游戲的所有關(guān)卡，可以一個人單挑8個瘋狂的電腦玩家。漸漸地他覺得無聊了，想要找小伙伴一起PK。
但是兩個電腦需要互聯(lián)才行，如何實現(xiàn)兩臺設(shè)備的互聯(lián)呢？
小A很聰明，他發(fā)明了一個類似于USB口一樣的可以傳輸數(shù)據(jù)的端口，他將其命名為網(wǎng)口。小A通過一根網(wǎng)線將自己的電腦與小B的網(wǎng)口相連，實現(xiàn)了兩臺電腦間的互連（如下圖）。
集線器（Hub）
兩個小伙伴很開心，聯(lián)機玩了起來，這時被路過的小C看見了，小C也要加入進來。
但是我們知道，每臺電腦只有一個網(wǎng)口，無法實現(xiàn)三臺電腦的相互連接，那要要怎么辦呢？
這時候小B出了一個主意：咱們再找一臺計算機，給他多設(shè)計幾個網(wǎng)口，我們每個人都連到這臺計算機的網(wǎng)口上，不也實現(xiàn)咱們哥幾個之間的互連了嗎。
說干就干，于是他們設(shè)計出了一款微型計算機，他本身具備多個網(wǎng)口，專門實現(xiàn)多臺計算機的互聯(lián)作用，這個微型計算機就是集線器（HUB）。
顧名思義，集線器起到了一個將網(wǎng)線集結(jié)起來的作用，實現(xiàn)最初級的網(wǎng)絡互通。
集線器是通過網(wǎng)線直接傳送數(shù)據(jù)的，我們說他工作在物理層（如下圖所示）。
交換機
有了集線器后，越來越多的小伙伴加入到游戲中，小D、小E等人都慕名而來。
然而集線器有一個問題，由于和每臺設(shè)備相連，他不能分辨出具體信息是發(fā)送給誰的，只能廣泛地廣播出去。
例如小A本來想問小C：你吃了嗎？結(jié)果小B，小D和小E等所有連接在集線器上的用戶都收到了這一信息。
由于處于同一網(wǎng)絡，小A說話時其他人不能發(fā)言，否則信息間會產(chǎn)生碰撞，引發(fā)錯誤，對這種情況，我們稱為各設(shè)備處于同一沖突域內(nèi)。
這樣的設(shè)備用戶體驗極差，于是小伙伴們一起討論改進措施。
這時聰明的小D發(fā)話了：我們給這臺設(shè)備加入一個指令，讓他可以根據(jù)網(wǎng)口名稱自動尋址傳輸數(shù)據(jù)。
比如我把小A的網(wǎng)口命名為macA，將小C的命名為macC，這時如果小A想要將數(shù)據(jù)傳給小C，則設(shè)備會根據(jù)網(wǎng)口名稱macA和macC自動將資料從A的電腦傳送到C的電腦中，而不讓小B、小D和小E收到。
（補充說明： 這里的macA, macB指的就是MAC地址，相當于一個人的身份證，獨一無二。）
也就是說，這臺設(shè)備解決了沖突的問題，實現(xiàn)了任意兩臺電腦間的互聯(lián)，大大地提升了網(wǎng)絡間的傳輸速度，我們把它叫做交換機。
由于交換機是根據(jù)網(wǎng)口地址傳送信息，比網(wǎng)線直接傳送多了一個步驟，我們也說交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層（如下圖）。
這回小伙伴們高興了，他們愉快地玩耍起來。
路由器
漸漸地，他們在當?shù)赜辛嗣麣?，吸引了越來越多的小伙伴加入到他們的隊伍中。有一天，一個外村的小伙突然找上門來，希望能和他們一起互聯(lián)，實現(xiàn)跨村間的網(wǎng)絡對戰(zhàn)。
小A說可以呀，于是他們找了一根超長的網(wǎng)線將兩個村落的交換機連在了一起。結(jié)果發(fā)現(xiàn)一件奇怪的事：兩個村落間竟然不能相互通信。
怎么回事？原來那邊的電腦和他們用的不是一套操作系統(tǒng)，這導致信息間的傳送形式的不匹配。在這期間，還有其他村落的人也來找過小A，可是小A發(fā)現(xiàn)，每個村子之間用的操作系統(tǒng)都不一樣。
這可咋辦吶？難道以后只能各自村子玩各自的了嗎？為了解決這一問題，各村的小伙伴們坐在一起組織了一場會議，最終得出了一套解決方案：采用同樣的信息傳送形式（像不像秦始皇統(tǒng)一度量衡？）。
那如何實現(xiàn)呢？小伙伴們規(guī)定，不同的村子間先在各自的操作系統(tǒng)上加上一套相同的協(xié)議。不同村落通信時，信息經(jīng)協(xié)議加工成統(tǒng)一形式，再經(jīng)由一個特殊的設(shè)備傳送出去。這個設(shè)備就叫做路由器。
在這套協(xié)議中，每個機器都被賦予了一個IP地址，相當于一個門牌號一樣。路由器通過IP地址尋址，我們說它工作在計算機的網(wǎng)絡層。
這樣，經(jīng)由如此的一系列改裝，小A終于帶領(lǐng)村民們實現(xiàn)了整個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的通信。隨著越來越多的城里人也加入小A的協(xié)議，小A帶領(lǐng)村民逐步實現(xiàn)了全市、全國乃至全世界的通信。這一套協(xié)議便是TCP/IP協(xié)議簇，互聯(lián)網(wǎng)也便這樣形成了。
然而，即便如今全網(wǎng)絡已遍布了全世界，在小A和村里的小伙伴對戰(zhàn)帝國時代的時候，也仍然用著交換機。只有和外面更大的世界交流的時候才用到路由器。
其實上圖只是為了幫助您更好地理解路由器，一個真實的網(wǎng)絡拓撲中，路由器、交換機、集線器是一起分工合作的，正如下圖所示：
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