集线器

集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI参考模型第一层，即“物理层”。集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用CSMA/CD（一种检测协议）访问方式。

工作原理

HUB 集线器就是一种共享设备,HUB本身不能识别目的地址,当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时,数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的,由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。也就是说,在这种工作方式下,同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯,如果发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽。
集线器属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有类似于交换机的"智能记忆"能力和"学习"能力。它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点.集线器（HUB）属于数据通信系统中的基础设备，它和双绞线等传输介质一样，是一种不需任何软件支持或只需很少管理软件管理的硬件设备。它被广泛应用到各种场合。

优点包括：

集线器的重要功能就在于连接多个不同的局域网，将这些集中到单一的设备商来，并且让这个设备来负责联通这些链接的位置。集线器是一个集中式、广播式的中继设备，能够接受两端不同的信号，并且将信号复制、放大后传送到相对的另一端。集线器价格便宜，组网灵活。集线器使用星型布线，如果一个工作站出现问题，不会影响整个网络的正常运行。

缺点包括：

集线器不具备交换功能。一般集线器对数据包的处理大部分都是简单地将数据包复制并放大后，送到目前连接该集线器的各县设备商，因此数据包充斥在整个连通的局域网中，同时仅有一组数据交换的信号，所以在数据包传输量较大的居于网中，集线器将无法有效地传输数据，因为可能同时传送多份数据，从而造成数据包的冲突问题问题增加。

中继器

中继器（RP repeater）工作于OSI的物理层，是局域网上所有节点的中心，它的作用是放大信号，补偿信号衰减，支持远距离的通信。中继器。工作于物理层，只是起到扩展传输距离的作用，对高层协议是透明的。实际上，通过中继器连接起来的网络相当于同一条电线组成的更大的网络。中继器也能把不同传输介质（10Base 5和10Base 2）的网络连在一起，多用在数据链路层以上相同的局域网的互连中。

工作原理

中继器设计的目的是给你的网络信号以推动，以使它们传输得更远。
由于传输线路噪声的影响，承载信息的数字信号或模拟信号只能传输有限的距离，中继器的功能是对接收信号进行再生和发送，从而增加信号传输的距离。它连接同一个网络的两个或多个网段。如以太网常常利用中继器扩展总线的电缆长度，标准细缆以太网的每段长度最大185米，最多可有5段，因此增加中继器后，最大网络电缆长度则可提高到925米。一般来说，中继器两端的网络部分是网段，而不是子网。
中继器可以连接两局域网的电缆，重新定时并再生电缆上的数字信号，然后发送出去，这些功能是OSI模型中第一层--物理层的典型功能。中继器的作用是增加局域网的覆盖区域，例如，以太网标准规定单段信号传输电缆的最大长度为500米，但利用中继器连接5段电缆后，以太网中信号传输电缆最长可达2500米。有些品牌的中继器可以连接不同物理介质的电缆段，如细同轴电缆和光缆。
中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上，并不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据。

优点包括：

扩大了通信距离。增加了节点的最大数目。各个网段可使用不同的通信速率。提高了可靠性。当网络出现故障时，一般只影响个别网段。性能得到改善。中继器的主要优点是安装简单、使用方便、价格相对低廉。他不仅起到网络距离的作用，还可以将不同传输介质的网络连接在一起。中继器工作在物理层，对于高层协议完全透明。

缺点包括：

由于中继器对收到被衰减的信号再生（恢复）到发送时的状态，并转发出去，增加了延时。CAN总线的MAC子层并没有流量控制功能。当网络上的负荷很重时，可能因中继器中缓冲区的存储空间不够而发生溢出，以致产生帧丢失的现象。中继器若出现故障，对相邻两个子网的工作都将产生影响。

网桥

网桥（Bridge）是早期的两端口数据链路层网络设备，用来连接不同网段的计算机网络设备同时它又可隔离冲突域，因为它的两个端口不是共享一条背板总线（分别有一条独立的交换信道），比当时的集线器（Hub）性能更好（集线器上各端口都是共享同一条背板总线的）。后来，网桥被具有更多端口、同时也可隔离冲突域的交换机（Switch）所取代。
网桥将两个相似的网络连接起来，并对网络数据的流通进行管理。它工作于数据链路层，不但能扩展网络的距离或范围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。网络1 和网络2 通过网桥连接后，网桥接收网络1 发送的数据包，检查数据包中的地址，如果地址属于网络1 ，它就将其放弃，相反，如果是网络2 的地址，它就继续发送给网络2.这样可利用网桥隔离信息，将同一个网络号划分成多个网段（属于同一个网络号），隔离出安全网段，防止其他网段内的用户非法访问。由于网络的分段，各网段相对独立（属于同一个网络号），一个网段的故障不会影响到另一个网段的运行。

工作原理

也有人把“网桥”比喻成一个聪明的中继器（Repeater）。因为中继器只是对所接收的信号进行放大，然后直接发送到另一个端口连接的电缆上，主要用于扩展网络的物理连接范围；而网桥除了可以扩展网络的物理连接范围外，还可以对MAC 地址进行分区，隔离不同物理网段之间的碰撞（也就是隔离“冲突域”）。集线器和中继器都是物理层设备，而网桥属于二层设备（数据链路层）。

上图是用一个网桥连接的两个网络，网桥的A端口连接A子网，B端口连接B子网，为什么网桥知道哪些数据包该转发，哪些包不该转发呢？那是因为它有两个表A和B，当有数据包进入端口A时，网桥从数据包中提取出源MAC地址和目的MAC地址。
一开始的时候，表A和表B都是空的，没有一条记录，这时，网桥会把数据包转发给B网络，并且在表A中增加一条MAC地址(把源MAC地址记录表中)，说明这个MAC地址的机器是A子网的，同理，当B子网发送数据包到B端口时，网桥也会记录源MAC地址到B表。
当网桥工作一段时候后，表A基本上记录了A子网所有的机器的MAC地址，表B同理，当再有一个数据包从A子网发送给网桥时，网桥会先看看数据包的目的MAC地址是属于A子网还是B子网的，如果从A表中找到对应则，抛弃该包，如果不是，则转发给B子网，然后检查源MAC地址，是否在表中已经存在，如果不存在，在表A中增加一条记录。

网桥优点：

过滤通信量。网桥可以使用局域网的一个网段上各工作站之间的信息量局限在本网段的范围内，而不会经过网桥溜到其他网段去。扩大了物理范围，也增加了整个局域网上的工作站的最大数目。可使用不同的物理层，可互连不同的局域网。提高了可靠性。如果把较大的局域网分割成若干较小的局域网，并且每个小的局域网内部的信息量明显地高于网间的信息量，那么整个互连网络的性能就变得更好。

网桥缺点：

由于网桥对接收的帧要先存储和查找站表，然后转发，这就增加了时延。在MAC子层并没有流量控制功能。当网络上负荷很重时，可能因网桥缓冲区的存储空间不够而发生溢出，以致产生帧丢失的现象。具有不同MAC子层的网段桥接再一起时，网桥在转发一个帧之前，必须修改帧的某些字段的内容，以适合另一个MAC子层的要求，增加时延。网桥只适合于用户数不太多（不超过几百个）和信息量不太大的局域网，否则有时会产生较大的广播风暴。

交换机

交换机（Switch）可以说同时是集线器和网桥的升级换代产品，因为交换机具有集线器一样的集中连接功能，同时它又具有网桥的数据交换功能。所以可以这样说，交换机是带有交换功能的集线器，或者说交换机是多端口的网桥。外形上，集线器与交换机产品没什么太大区别。此外交换机还分二层交换机，三层交换机及四层交换机。

工作原理

交换机在接收到数据帧以后，首先会记录数据帧中的源MAC地址和对应的接口到MAC表中，接着会检查自己的MAC表中是否有数据帧中目标MAC地址的信息，如果有则会根据MAC表中记录的对应接口将数据帧发送出去(也就是单播)，如果没有，则会将该数据帧从非接受接口发送出去(也就是广播)。
下图为数据经过单交换机的传输过程。

1)主机A会将一个源MAC地址为自己，目标MAC地址为主机B的数据帧发送给交换机。
2)交换机收到此数据帧后，首先将数据帧中的源MAC地址和对应的接口(接口为f 0/1) 记录到MAC地址表中。
3)然后交换机会检查自己的MAC地址表中是否有数据帧中的目标MAC地址的信息，如果有，则从MAC地址表中记录的接口发送出去，如果没有，则会将此数据帧从非接收接口的所有接口发送出去(也就是除了f 0/1接口)。
4)这时，局域网的所有主机都会收到此数据帧，但是只有主机B收到此数据帧时会响应这个广播，并回应一个数据帧，此数据帧中包括主机B的MAC地址。如果没有主机相应这个广播，则会继续向下一个交换机或路由器传播。
5)当交换机收到主机B回应的数据帧后，也会记录数据帧中的源MAC地址(也就是主机B的MAC地址)，这时，再当主机A和主机B通信时，交换机根据MAC地址表中的记录，实现单播了。
下图为经多个交换机进行数据传播的过程。

1)主机A将一个源MAC地址为自己、目标MAC地址主机C的数据帧发送给交换机。
2)交换机1收到此数据帧后，会解析源MAC地址，并检查MAC地址表，发现没有目标MAC地址的记录，则会将数据帧广播出去，主机B和交换机2都会收到此数据帧。主机B会检查本机MAC地址，发现不一样，则不响应。
3)交换机2收到此数据帧后也会将数据帧中的源MAC地址和对应的接口记录到MAC地址表中，并检查自己的MAC地址表，发现没有目标MAC地址的记录，则会广播此数据帧。
4)主机C收到数据帧后，会响应这个数据帧，并回复一个源MAC地址为自己的数据帧，这时交换机1和交换机2都会将主机C的MAC地址记录到自己的MAC地址表中，并且以单播的形式将此数据帧发送给主机A。
5)这时，主机A和主机C通信就是一单播的形式传输数据帧了，主机B和主机C通信如上述过程一样，因此交换机2的MAC地址表中记录着主机A和主机B的MAC地址都对应接口f 0/1。
总结
从上面的两幅图可以看出，交换机具有动态学习源MAC地址的功能，并且交换机的一个接口可以对应多个MAC地址，但是一个MAC地址只能对应一个口。交换机动态学习的MAC地址默认只有300S的有效期，如果300S内记录的MAC地址没有通信，则会删除此记录。

交换机 VS 网桥

具有多个交换端口
网桥通常只是两个交换端口，其设计目的主要就是用来连接两个距离超过单段网线传输限制的物理网段（当然也可以用来直接连接两台主机），所以它的应用受到比较多的限制。再加上当时用于主机和其他网络设备集中连接的设备仍是传输效率和信道利用率都非常低下的集线器，根本不适应于计算机网络的发展。有了交换机后，一台交换机可以有多个端口，而且与网桥一样，不仅每个端口可以连接一个不同的物理网段（交换机上一个端口对应一个物理网段），还可以有大量的端口来集中连接主机，这时交换机就可以同时担当集线器和网桥的双重角色，而且在使用性能和扩展性能、交换性能等方面都有较大提高，大大促进了计算机网络的发展。
数据转发效率更高
在网桥时代，集中连接主机的仍是集线器，而我们知道集线器发送数据是采用广播方式，所以信道中的无效载荷比例相当高，造成数据转发率和信道利用率都非常低。而有了交换机后，因为大多数主机都是直接连接在交换机端口上，即使不是，也主要是连接在其他交换机端口，所以数据的转发基本上都是通过提取帧中的MAC 地址直接发送到目的主机上的，而不是通过广播方式（仅在未知目的MAC 地址时采用广播），数据转发效率和信道利用率都大幅提高。
更强的MAC地址自动学习能力
网桥通常只有两个端口，仅可以连接两个由集线器集中连接的物理网段，所以它的MAC 地址自动学习功能仅限于它的两个端口与对应的物理网段的映射。这样就造成了，一个网桥端口要与多个源主机MAC 地址之间的映射，也就是一对多映射关系。而交换机上的端口多数是直接连接主机的，所以在映射表中基本上都是一个源主机MAC 地址与一个交换端口间的一对一映射。一对一的映射查找起来明显比一对多的映射效率要高，所以交换机在数据转发效率要高于网桥。另外，交换机的缓存通常比网桥的要大，所以交换机中可以保存的MAC 地址与端口映射表较多，更适用于较大网络。

交换机 VS 集线器

工作层次不同
集线器工作在第一层（物理层），而交换机至少是工作在第二层，更高级的交换机可以工作在第三层（网络层）、第四层（传输层）和第七层（应用层），对应也就有三层交换机、四层交换机、七层交换机等之说了。一般我们说的就是二层交换机。
数据传输方式不同
集线器的数据传输方式是多次复制方式的广播传输，而交换机的数据传输是有目的的，数据只对目的节点发送，只是在自己的MAC 地址表中找不到的情况下第一次使用以FF-FFFF-FF-FF-FF 作为MAC 地址的“泛洪”广播方式传输。所以，交换机在数据传输效率和信道利用率方面要远高于集线器，集线器更容易产生“广播风暴”。
随交换机产品价格的日益下降，集线器市场日益痿缩，不过，在特定的场合，集线器以其低延迟的特点可以用更低的投入带来更高的效率。交换机不可能完全代替集线器。

路由器

路由器（Router）是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用，是读取每一个数据包中的地址然后决定如何传送的专用智能性的网络设备。它能够理解不同的协议，例如某个局域网使用的以太网协议，因特网使用的TCP/IP协议。这样，路由器可以分析各种不同类型网络传来的数据包的目的地址，把非TCP/IP网络的地址转换成TCP/IP地址，或者反之；再根据选定的路由算法把各数据包按最佳路线传送到指定位置。所以路由器可以把非TCP/IP网络连接到因特网上。

作用功能

路由器最主要的功能可以理解为实现信息的转送。因此，我们把这个过程称之为寻址过程。因为在路由器处在不同网络之间，但并不一定是信息的最终接收地址。所以在路由器中, 通常存在着一张路由表。根据传送网站传送的信息的最终地址，寻找下一转发地址，应该是哪个网络。其实深入简出的说，就如同快递公司来发送邮件。邮件并不是瞬间到达最终目的地，而是通过不同分站的分拣，不断的接近最终地址，从而实现邮件的投递过程的。路由器寻址过程也是类似原理。通过最终地址，在路由表中进行匹配，通过算法确定下一转发地址。这个地址可能是中间地址，也可能是最终的到达地址。
路由器的功能就是将不同的子网之间的数据进行传递。 具体功能有以下几点：
（1）实现IP、TCP、UDP、ICMP等网络的互连。
（2）对数据进行处理。收发数据包，具有对数据的分组过滤、复用、加密、压缩及防护墙等各项功能。
（3）依据路由表的信息，对数据包下一传输目的地进行选择。
（4） 进行外部网关协议和其他自治域之间拓扑信息的交换。
（5） 实现网络管理和系统支持功能。

网关

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，是最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。
网关是用于连接网络层之上执行不同协议的子网，组成异构的互连网，网关能实现异构设备之间的通信，对不同的传输层、会话层、表示层、应用层协议进行翻译和变换。网关具有对不兼容的高层协议进行转换的功能。当连接两个完全不同结构的网络时，必须使用网关。网关工作在OSI模型的最高层应用层。网关的主要功能：把一种协议变成另一种协议，把一种数据格式变成另一种数据格式，把一种速率变成另一种速率，以求两者的统一。
从根本上说，网关不能完全归为一种网络硬件。用概括性的术语来讲，它们应该是能够连接不同网络的软件和硬件的结合产品。特别地，它们可以使用不同的格式、通信协议或结构连接起两个系统。网关实际上通过重新封装信息以使它们能被另一个系统读取。为了完成这项任务，网关必须能运行在O S I 模型的几个层上。网关必须同应用通信，建立和管理会话，传输已经编码的数据，并解析逻辑和物理地址数据。
网关是一个大概念，不具体特指一类产品，只要连接两个不同的网络的设备都可以叫网关；而‘路由器’么一般特指能够实现路由寻找和转发的特定类产品，路由器很显然能够实现网关的功能。
默认网关是什么？
默认网关是什么，默认网关事实上不是一个产品而是一个网络层的概念，PC本身不具备路由寻址能力，所以PC要把所有的IP包发送到一个默认的中转地址上面进行转发，也就是默认网关。这个网关可以在路由器上，可以在三层交换机上，可以在防火墙上，可以在服务器上，所以和物理的设备无关。

网关 VS 路由器

网关和路由器最大的区别是是否连接相似的网络。如果连接相似的网络，则称为路由器。而连接不相似的网络，称为网关。相似的网络和不相似的网络有两种不同的含义。逻辑层面：相似的网络：如果都是互联网上的两个网络，我们称为相似的网络。不相似的网络：如果一个是私网，一个是公网。我们称为不相似的网络。物理层面：相似的网络：都是以太网或者同一种介质的网络。不相似的网络：一边是以太，一边是SDH或者ATM等。