交換機(jī)、路由器、防火墻幾乎是現(xiàn)代局域網(wǎng)絡(luò)都要使用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其中，交換機(jī)負(fù)責(zé)連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如交換機(jī)、路由器、防火墻、無線AP等）和終端設(shè)備（如計算機(jī)、服務(wù)器、攝像頭、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等）；路由器實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)與局域網(wǎng)的互聯(lián)，局域網(wǎng)與Internet的互聯(lián)；而防火墻作為一個安全網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，作用于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)之間，或者內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)與Internet之間?？偟膩碚f，交換機(jī)負(fù)責(zé)連接設(shè)備，路由器負(fù)責(zé)連接網(wǎng)絡(luò)，防火墻負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)訪問限制。

交換機(jī)連接圖：

交換機(jī)連接方式圖

路由器連接圖：

路由器第一種連接方式圖

路由器第二種連接方式圖

防火墻連接圖：

第一種連接方式

防火墻第一種連接方式圖

防火墻第二種連接方式圖

下面通過分別對交換機(jī)、路由器、防火墻的圖文描述，讓大家對這三個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有進(jìn)一步的了解。

一.交換機(jī)概述

1.交換機(jī)的功能

交換機(jī)的功能是連接計算機(jī)、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)攝像頭、IP電話等終端設(shè)備，并實(shí)現(xiàn)與其它交換機(jī)、無線接入點(diǎn)、路由器、網(wǎng)絡(luò)防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互聯(lián)，從而構(gòu)建局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)所有設(shè)備之間的通信。

交換機(jī)連接功能圖

2.交換機(jī)的工作原理

交換機(jī)位于OSI參考模型中的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），交換機(jī)的工作依賴于對MAC地址的識別（所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都有一個唯一的MAC地址，通常是由廠商直接燒錄進(jìn)網(wǎng)卡中）。

當(dāng)交換機(jī)從其某個端口收到一個數(shù)據(jù)包時，先讀取包頭中的源MAC地址（即發(fā)送該數(shù)據(jù)包的設(shè)備網(wǎng)卡的MAC地址），將該MAC地址和端口對應(yīng)起來添加到交換機(jī)內(nèi)存里的地址表中；然后再讀取包頭中的目的MAC地址，對照內(nèi)存里的地址表看該MAC地址與哪個端口對應(yīng)，如果地址表中有該MAC地址的對應(yīng)端口，則將該數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到對應(yīng)的端口上，如果沒有找到，則將該數(shù)據(jù)幀作為一個廣播幀發(fā)送到所有的端口，對應(yīng)的MAC地址設(shè)備會自動接受該幀數(shù)據(jù)，同時，交換機(jī)將接受該幀數(shù)據(jù)的端口與這個目的MAC地址對應(yīng)起來放入內(nèi)存中的地址表中。

二.路由器概述：

路由器的功能

路由器是一種智能選擇數(shù)據(jù)傳輸路徑的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其依賴的是數(shù)據(jù)中的IP地址，功能如下：

1.連接網(wǎng)絡(luò)

路由器也稱為網(wǎng)關(guān)，它將局域網(wǎng)絡(luò)連接起來組成規(guī)模更大的廣域網(wǎng)絡(luò)，在連接異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)時（異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)就是指不同的網(wǎng)絡(luò)類型，如ATM網(wǎng)絡(luò)，F(xiàn)DDI網(wǎng)絡(luò)，以太網(wǎng)絡(luò)等），由于異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)采用不同的數(shù)據(jù)封裝方式，無法直接通信，而路由器能夠?qū)⑦@些不同的封裝數(shù)據(jù)進(jìn)行“翻譯”，從而實(shí)現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的通信。此外，對于局域網(wǎng)而言，廣域網(wǎng)無疑是一個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。

異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接圖

2.隔離廣播

由于交換機(jī)會將廣播發(fā)送到整個網(wǎng)絡(luò)中的每個端口，這會嚴(yán)重影響網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率，并且會大量占用計算機(jī)的CPU性能。路由器可以將這些廣播隔離在局域網(wǎng)內(nèi)，以達(dá)到分隔廣播域的作用，從而提高每個局域網(wǎng)的傳輸效率。

路由器分隔廣播域圖

如上圖所示，路由器將廣播域分成四個部分，每個交換機(jī)連接一個小的局域網(wǎng)，四個小型局域網(wǎng)分別使用各自的廣播域廣播。另外，使用VLAN(虛擬網(wǎng))技術(shù)也能實(shí)現(xiàn)分隔廣播域的作用。

3.路由選擇

在路由器內(nèi)存中的路由表中列出了整個互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點(diǎn)，以及這些節(jié)點(diǎn)的路徑和傳輸費(fèi)用（路由表會根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況不斷的動態(tài)更新它的路由表，從而保持有效的路由表），路由器會按照預(yù)先制定的策略，智能的選擇到達(dá)目的路由器的路徑。

路由選擇圖

如上路，如果不考慮傳輸費(fèi)用的情況，路由器1到路由器4的傳輸，它會自動選擇1-4的路徑，而不是1-2-3-4的路徑。

4.網(wǎng)絡(luò)安全

作為整個局域網(wǎng)絡(luò)與外界聯(lián)絡(luò)的唯一出口，路由器還擔(dān)負(fù)著保護(hù)內(nèi)部用戶和數(shù)據(jù)的責(zé)任。

地址裝換：局域網(wǎng)內(nèi)的終端設(shè)備使用的是內(nèi)部保留IP地址（一般情況這些IP地址的IP段有：192.168.0.0--192.168.255.255,10.0.0.0--10.255.255.255,172.16.0.0--172.16.255.255等），這些IP地址并不會被路由到Internet，當(dāng)內(nèi)部終端設(shè)備需要和外部網(wǎng)絡(luò)通信時，路由器會將地址轉(zhuǎn)換為合法的IP地址，實(shí)現(xiàn)對Internet的訪問。

訪問列表：網(wǎng)絡(luò)工程師可以預(yù)先在路由器上設(shè)定各種訪問策略，規(guī)定哪段時間，什么網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和哪種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)可以被允許進(jìn)出局域網(wǎng)，從而提高了網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率和安全性。

路由器的工作原理

當(dāng)同一網(wǎng)絡(luò)中的計算機(jī)需要向同一網(wǎng)絡(luò)中的另一臺計算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時，只需將這一數(shù)據(jù)發(fā)送到這個網(wǎng)絡(luò)，另一臺計算機(jī)就能收到；當(dāng)需要向其它網(wǎng)絡(luò)的計算機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時，將直接把數(shù)據(jù)發(fā)送到默認(rèn)網(wǎng)關(guān)（即路由器的IP地址），由默認(rèn)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)通過最佳傳輸路徑轉(zhuǎn)發(fā)至目的計算機(jī)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，再由目的計算機(jī)的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)發(fā)送給目的計算機(jī)。

默認(rèn)網(wǎng)關(guān)圖

路由器在發(fā)送數(shù)據(jù)包的時候會根據(jù)數(shù)據(jù)包中的目的IP地址查找路由表，如果路由表中有該IP的信息，路由器會選擇最佳傳輸路徑發(fā)送。如果路由表中沒有該IP，路由器則會將數(shù)據(jù)傳輸?shù)铰酚善鞯哪J(rèn)網(wǎng)關(guān)（路由器的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)為網(wǎng)絡(luò)中的另一個路由器的IP），通過路由器的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)路由器將數(shù)據(jù)傳輸出去，如果始終無法找到目的IP終端，則該數(shù)據(jù)包會被網(wǎng)絡(luò)丟棄。

路由器工作原理圖

三.防火墻概述

防火墻又稱網(wǎng)絡(luò)防火墻，是指設(shè)置在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間的一道隔離裝置，它可以隔離兩個或者多個網(wǎng)絡(luò)，限制網(wǎng)絡(luò)互訪，從而保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)用戶和數(shù)據(jù)的安全。

網(wǎng)絡(luò)防火墻的功能

1.隔離網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)防火墻通常位于路由器與內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)（即局域網(wǎng)）之間，對所有進(jìn)出局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行過濾和篩選，從而避免了來自外部網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)攻擊，保護(hù)了內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

防火墻隔離內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)圖

同時，網(wǎng)絡(luò)防火墻還可以隔離內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，將內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中的一些重要部門和普通用戶隔離起來，從而避免來自網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的惡意攻擊。

防火墻隔離內(nèi)部重要網(wǎng)絡(luò)

2.保障安全

網(wǎng)絡(luò)防火墻能將所有的安全軟件（如密碼、加密、身份證、審計等）設(shè)置在防火墻上，進(jìn)行集中有效的管理。

內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)的所有數(shù)據(jù)流都要進(jìn)過防火墻，防火墻通過查看這些數(shù)據(jù)流的IP地址和端口判定數(shù)據(jù)流是否符合防火墻預(yù)先設(shè)定的安全策略，如果符合，讓其通過；如果不符，則禁止通過。

網(wǎng)絡(luò)防火墻可以將MAC地址與IP地址綁定起來，防止受控的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部用戶通過修改IP地址來訪問外網(wǎng)。

網(wǎng)絡(luò)防火墻的工作原理

防火墻的種類大致可以分為兩種，一種是包過濾型防火墻，一種是應(yīng)用代理防火墻。

1.包過濾防火墻

包過濾防火墻工作于OSI參考模型的第四層（即網(wǎng)絡(luò)傳輸層），通過檢查每個數(shù)據(jù)包的IP地址，所采用的通信協(xié)議和端口號等判斷是否允許放行。防火墻通過將數(shù)據(jù)包的內(nèi)部狀態(tài)信息和自己內(nèi)存中設(shè)定的安全策略進(jìn)行對照，如果該數(shù)據(jù)包符合安全策略中的某一條策略，那么允許數(shù)據(jù)通過；如果不符合任何安全策略，那么防火墻會執(zhí)行默認(rèn)的處理規(guī)則（一般情況下，默認(rèn)的處理規(guī)則就是丟棄該數(shù)據(jù)包）。

2.應(yīng)用代理防火墻

應(yīng)用代理防火墻工作于OSI參考模型的第七層（即應(yīng)用層），當(dāng)客戶機(jī)需要使用服務(wù)器上的數(shù)據(jù)時，首先將數(shù)據(jù)請求發(fā)送給代理服務(wù)器，由代理服務(wù)器根據(jù)這一請求向服務(wù)器請求數(shù)據(jù)。然后再由代理服務(wù)器將返回的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)給客戶機(jī)。由于外部系統(tǒng)與內(nèi)部服務(wù)器之間沒有直接的數(shù)據(jù)通道，外部的攻擊就難以進(jìn)入到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

結(jié)語

不管是交換機(jī)，路由器還是防火墻，這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能實(shí)現(xiàn)都需要網(wǎng)絡(luò)工程師預(yù)先對設(shè)備進(jìn)行配置（比如VLAN虛擬網(wǎng)端口的劃分，防火墻安全策略的配置，路由器默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的設(shè)定等），其實(shí)從某種層面來說，這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都是計算機(jī)，都有cpu和內(nèi)存，都是通過cpu對機(jī)器語言的“翻譯”來實(shí)現(xiàn)硬件功能的實(shí)現(xiàn)。

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