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网络互连设备用于将网络的各个部件连接到一起，从连接性质的不同可分为两种：

物理上的互连能力：指所支持的物理接口，能连接的物理介质类型
协议上的互连能力：指工作在不同协议类型的网络之间，实现不同协议数据包的转换。

通常对设备互连能力考虑得较多的都是协议上的互连能力

常用的互联设备有如下几种：

中继器和集线器
网桥和交换机
路由器和网关

一、中继器和集线器

中继器（Repeater）的主要功能是对接收到的信号进行再生放大，以延伸网络的传输距离，提供物理层的互连。

集线器（Hub）在OSI体系结构模型中处于物理层，用于共享式以太网络的组建

其实质是一个多端口的中继器，LAN的接入层设备
所有主机属于同一个冲突域，共享总线带宽
依据总线带宽分为：10M、100M和10/100M自适应等
端口数目：8口、16口和24口等

二、网桥和交换机

网桥（Bridge）工作在OSI模型的数据链路层，连接两个局域网，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离，有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信，选择性地转发数据帧，减少不必要的网络流量

交换机（Switch）可以看成一个多端口网桥，按每一个包中的MAC地址相对简单地决策信息转发，转发延迟小，将网络分成小的冲突网域，为每个工作站提供更高的带宽

网桥和交换机的工作原理相同，都是根据MAC地址（记忆了每个MAC地址在哪个端口）转发数据帧。

网桥的数据帧转发一般是基于软件来实现的，而交换机是基于硬件（交换机的转发速度比网桥快很多，现在中高端交换机都能够达到线速转发）。
交换机通过生成树协议可以适应复杂的网络环境，而网桥只能用于简单的网络环境。
VLAN技术和三层交换技术的出现使得交换机的功能远远超过网桥。

交换机每个端口都是一个独立的冲突域，交换机的主要功能包括快速转发、主机接入、错误校验、帧序列以及流量控制，可能还会具备一些新功能如VLAN、链路汇聚的支持、远程管理等。

交换机所有端口都在同一个广播域中，交换机端口提供的100/1000M等带宽不是和其他端口共享的，而是独享的。

1）交换机的三种转发方式

存储转发模式（最慢）：交换机接收完整数据帧，在CRC校验通过后才进行转发操作，如果校验失败则丢弃。保证了数据帧的无差错传输，但是增加了传输延迟。
快速转发模式/直通模式：接收数据帧时，一旦检测到目的地址就立即转发。由于数据帧在进行转发处理时并不是一个完整的帧，因此不经过校验直接转发，会造成错误的帧也被转发，浪费网络带宽。
碎片丢弃转发模式：机接收数据帧时，一旦检测到该数据帧不是冲突碎片就进行转发操作。冲突碎片是因网络冲突而受损的数据帧碎片，其特征是长度小于64字节。冲突碎片并不是有效的数据帧，应该被丢弃。因此，交换机的碎片丢弃转发模式实际上就是一旦数据帧已接收的部分超过64字节，就开始转发处理

2）交换机的分类

根据端口结构
- 固定端口：端口固化在交换机上
- 模块化端口：便于端口替换、升级
- 线路卡结构：具有独立的处理器、内存等
根据管理功能
- 不可管理
- 可管理
根据是否具备VLAN功能
- 不支持VLAN
- 支持VLAN

3）交换机互连方式

级联：交换机之间利用以太网接口连接起来，扩展网络范围，单链路带宽瓶颈
- 级联通常是用普通网线把几个交换机连接起来，使用普通的端口或级联接口（如果有级联接口Uplink则用直连线实现连接，没有则用交叉线将交换机的以太网端口连接，有级联端口建议用级联端口，带宽一般比RJ-45高，现在级联端口和普通端口的区别正在消失，并且普遍采用自适应端口识别技术，无论用交叉线还是直连线都可以实现通讯）。
- 级联是上下级的关系，有较大的延时
堆叠：通过堆叠线缆将交换机的背板连接起来，将它们作为一个交换机使用和治理，扩大级联带宽，解决带宽瓶颈
- 堆叠是把所有堆叠的交换机的背板带宽共享
- 堆叠是同级关系，每台交换机的性能是一样的

区别：

级联交换机之间的距离只要在连接介质的允许范围内即可，而堆叠则希望越近越好（距离越大，性能越差）
级联采用普通数据端口连接，而堆叠一般采用专用的堆叠模块和堆叠电缆
级联对于设备的厂商以及型号没有具体要求，而堆叠必须在可堆叠的同类型交换机之间进行
级联仅仅增加了端口密度，堆叠则共享交换机背板带宽，提升了性能
堆叠后的数台交换机在逻辑上是一个被网管的设备，只需赋予其1个IP地址，即可通过该IP地址对对所有交换机进行统一的配置与管理。而相互级联的交换机在逻辑上是各自独立的，必须依次对其进行配置和管理每台交换机。
多台交换机级联时会产生级联瓶颈，并将导致较大的转发延迟。例如，4台百兆位交换机通过跳线级联时，彼此之间的连接带宽也是100Mbps。当连接至不同交换机上的计算机之间通信时，也只能通过这条百兆位连接，从而成为传输的瓶颈。同是，随着转发次数的增加，网络延迟也将变得很大。而4台交换机通过堆叠连接在一起时，由于叠堆中所有的计算机都连接至同一高速背板模块，位于不同交换机端口的计算机之间的通信不再需要层层转发，减少了交换机之间的转发延迟，避免了端口冲突，所有端口的计算机间均可以线速进行交换，提高了不同交换机间计算机的通讯速率。尽管级联时交换机之间可以借助链路汇聚技术来增加带宽，但是，这是以牺牲可用端口为代价的。
交换机可以通过级联成倍地扩展网络覆盖范围。例如，以双绞线网络为例，一台交换机所覆盖的网络直径为100m，2台交换机级联所覆盖的网络直径就是300m，而3台交换机级联时的直径就可达400m。而堆叠线缆通常只有0.5~1m，仅仅能够满足交换机之间互联的需要，不会对网络覆盖范围产生影响。

菊花链式堆叠：

在这里插入图片描述

有两个接口，上一台交换机的up连下一台交换机的down

采用高速端口和软件来实现，使用堆叠电缆将几台交换机以环路的方式组建成一个堆叠组
菊花链模式是简化的级联模式，提供集中管理的扩展接口，对于多交换机之间的转发效率并没有提升
最后一根从上到下的堆叠电缆只是冗余备份作用，从第一个交换机到最后一个交换机数据包还是要经经历中间所有交换机，效率低

星型堆叠：

在这里插入图片描述

星型堆叠技术使所有的堆叠组成员交换机到达堆叠中心的级数缩小到一级
星型堆叠对于主控堆叠交换机软硬件要求非常高，通常主交换机的背板一般在10～32G之间，一般的堆叠电缆带宽都在2G～2.5G之间。
星型堆叠模式克服了菊花链式堆叠模式多层次转发时的时延影响。成本较高，且整个堆叠组的核心将集中在主交换机上，冗余性不够，可靠性会有所不足

三、路由及路由器

在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间节点，也会出现若干条可选的路径，选择效率最高的可用路径就是路由器的基本任务

路由器的每个端口都是一个独立的冲突域和广播域

1）路由器的作用

实现不同IP网段主机间的相互访问
实现不同通信协议网段主机间的相互访问（连接不同类型的网络）
不转发广播数据包

路由器的功能：

基于IP地址的寻径和转发
不同通信协议的转换
特定IP数据包的分片和重组

2）路由器的逻辑结构

路由器主要由下面五个部分组成：路由引擎，转发引擎，路由表，网络适配器和路由器端口等。

在这里插入图片描述

路由表通常由网络地址、子网掩码、网关、跳数（到目的网络要经过的路由器的数目）、连接方式（只有两种，与路由器端口直接相连的网络称为直连，不与该路由器直接相连的网络都称为远程连接）构成

3）路由器的硬件组成

中央处理器（CPU）：一台路由器可以有多个CPU
随机存取存储器（RAM）：主要存储路由表、ARP缓存、快速交换表、包队列、正在运行的配置文件等，关机后被清除
主板：集成电路板，连接各部件
只读存储器（ROM）：主要用于系统初始化等功能，如系统加电自检代码（POST），系统引导区代码（BootStrap），备份的操作系统等
闪存（FLASH）：存放着当前使用的路由器操作系统，可读可写，关机后仍能保存数据
非易失RAM（NVRAM）：存储配置信息，可读可写，关机后仍能保存数据
接口（interface）
- 固化接口：不可更换拆卸
- 模块化接口：更具有实用性和扩展性，可根据需求配置和更换
- 线路卡结构：具有独立的处理器、内存等，通过专门的插槽链接路由器背板
配置接口：控制台口（Console）和辅助口（AUX）
- 提供了一个EIA/TIA-232异步串行接口，用于在本地对路由器进行配置（首次配置必须通过控制台口进行）
- 辅助口与控制台口类似，提供了一个EIA/TIA-232异步串行接口。通常用于连接Modem（调制解调器）以使用户或管理员对路由器进行远程管理。