物理层

中继器与集线器

中继器又称为转发器，主要功能是将信号整形（0或1）放大并转发出去，消除信号由于经过一长段电缆，因噪声或者其他原因而造成的失真和衰减，使信号的波形和强度达到所需的要求，来扩大网络传输的距离。例：如果串联的中继器数量为4个，那么，就存在5段通信介质，其中3段可以连接计算机，其余两段只能用做扩展通信范围的链路段，不能直接挂接计算机，这就是“5-4-3规则”。

集线器实质上是一个多端口的中继器，在集线器工作时，当一个端口接到数据信号后，由于信号在从端口到集线器的传输过程中已有了衰减，所以集线器便将该信号进行整形放大，使之再生（恢复到）发送时的状态，紧接着转发到其他所有（除输入端口以外）处于工作状态的端口上。集线器仅能够在半双工下工作，网络吞吐率受到限制。

补充：

单工通信：只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。例：无线广播、电视广播。

半双工通信：通信的双方都可以发送和接收信息，但是任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道。

全双工通信。通信双方可以同时发送和接收信息，也需要两条信道。

数据链路层

网桥和交换机

网桥可以连通两个或多个以太网，形成一个覆盖范围更大的以太网络，而原来的每个以太网就可称为一个网段。可以使以太网各个网段成为隔离开的碰撞区域。由于各个网段相互独立，一个网段的故障不会影响到另一个网段的运行。

基本特点：

1.网桥必须具备寻址和路径选择能力，以确定帧的传输方向。

2.从源网络接收到帧，以目的网络的介质访问控制协议向目的网络转发该帧。

3.网桥在不同或相同类型的LAN之间存储并转发帧，必要时还进行链路上的协议转换。

4.网桥对所接受到的帧不作任何修改，或只对帧的封装格式做很少的修改。

5.网桥应该有足够大的缓冲空间，因为在短时间内帧的到达速度可能高于转发速度。

按照路径选择算法不同，可以把网桥分成透明网桥和源路由网桥。

透明网桥采用自学习算法，网桥每收到一个帧，就记下其原地址和进入网桥的端口，作为转发表中的一个项目（源地址、进入的接口和时间）。在建立转发表时，是把帧首部中的源地址写在“地址”这一栏下面。在转发帧时，根据收到的帧首部目的地址来转发的，把“地址”栏下面已经记下来的源地址当做目的地址转发到进入的接口，最终形成一棵树结构。

源路由网桥以广播形式发送一个发现帧作为探测使用，该帧经过的目的站将一一发送应答帧，每个应答帧通过源路径返回，途径的网桥把自己的标记记录在应答帧中，源站选择一个最佳路由，所以每个站点必须携带该路由信息。

交换机实际上就是一个多端口的网桥，它会检测以太端口来的数据帧的源和目的地的MAC地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较，若数据帧的MAC地址不在查找表内，则将该地址加入到查找表中，并将数据帧发送相应的目的端口。

特点：

1.以太网交换机的每个端口都直接与单个主机相连接，一半都工作在全双工方式。

2.以太网交换机能够同时连通许多对的端口，使每一对相互通信的主机都能够自像独占通信媒体那样，无碰撞地传输数据。

3.即插即用设备，内部转发表也是通过自学习算法自动建立起来的。

4.以太网交换机使用了专用的交换结构芯片，其交换速率较高。

5.独占传输媒体的带宽。

按照交换模式不同，分成直通式和存储转发式

直通式交换机只能检查帧的目的地址，这使得帧再接收到后几乎马上能够传出去，速度快，缺乏安全性和智能性，不支持不同速率的端口交换。

存储转发式现将接收到的帧缓存到高度缓存中，并检查数据是否正确，确认无误后通过查找表转换成输出端口将帧转发出去。如果发现有错误，就丢弃。可靠性高，能够支持不同速度端口间的转换，缺点时延迟较大。

网络层

路由器

路由器是一种具有多个输入输出端口的专用计算机，任务是连接不同的网络，并完成路由转换，并具有基础包过滤防火墙的应用。

如果源主机要向目标主机发送数据报时，路由器先检查源主机与目标主机是否连接在同一个网络上，如果是，则直接交付无需通过路由器转发，反之，则需要路由器转发表指出路由将数据报发给下一个路由。

路由器最重要的两部分功能：路由选择和分组转发，前者通过路由器的数据流，关键操作是转发表查询；后者是通过和其他路由器进行基于路由协议的交互，完成路由表的计算。

“转发”和“路由选择”是有区别的，转发是路由器根据转发表把接收到的IP数据报从合适的端口转发出去，它仅仅涉及到一个路由器，而“路由选择”涉及很多路由器，路由表是许多路由器协同工作的结果，，它们之前经常或定期和其他相邻路由器交换路由信息而不断更新和维护路由表。因此，路由表不完全等同于转发表。

网络层以上

网关（转自百度百科）

网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关在网络层以上实现网络互连，是复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。 网关是一种充当转换重任的计算机系统或设备。使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。

那么网关到底是什么呢？网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。比如有网络A和网络B，网络A的IP地址范围为“192.168.1.1~192. 168.1.254”，子网掩码为255.255.255.0；网络B的IP地址范围为“192.168.2.1~192.168.2.254”，子网掩码为255.255.255.0。在没有路由器的情况下，两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的，即使是两个网络连接在同一台交换机（或集线器）上，TCP/IP协议也会根据子网掩码（255.255.255.0）与主机的IP 地址作 “与” 运算的结果不同判定两个网络中的主机处在不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信，则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中，就把数据包转发给它自己的网关，再由网关转发给网络B的网关，网络B的网关再转发给网络B的某个主机。网络A向网络B转发数据包的过程。