本文由黃工首先發表於strongerHuang公號，原題“網絡硬件的發展史”，本文有修訂。
1、引言
本文是《網絡編程懶人入門》系列文章的第 15 篇，本篇將繼續以通俗易懂的文字，幫你無腦理解各種基礎網絡硬件設備的功能原理。
本文不羅列複雜、全面的計算機網絡理論，目的是讓閱讀者脫離以往計算機理論專著的枯燥內容，在寓教於樂的語言文字中輕鬆快速的掌握這些知識，適合入門者，計網大佬和網絡編程老油條們請略過。
2、如何連接個人計算機（PC）？
在發明網絡之前，個人計算機之間是獨立工作的，沒有網卡、網線或協議棧，主要使用磁盤、CD 和其他東西來傳輸數據。
後來，網線出現了。
最小的網絡單元由網線、網卡和協議棧組成：
- 1）網線起着物理介質的作用，以傳輸比特流 / 電信號；
- 2）網卡將轉換數據（例如：它將計算機存儲的數據轉換爲網線的比特流 / 電信號）；
- 3）協議棧作爲一種通信語言，可以在通信過程中實現數據分析、地址尋址和流控制。
3、網線不夠長怎麼辦？
如果終端之間的距離太遠，一旦超過網線物理傳輸距離的上限，數據就會開始丟失。
中繼器是物理層的設備，可以中繼和放大信息以實現設備的遠距離傳輸。
4、中繼器端口不足怎麼辦？
中繼器通常只有兩個接口，這意味着如果網絡中有三個以上的終端主機，則無法實現多個主機之間的直接數據通信。
集線器是一種多接口中繼器，也是一個物理層設備。它可以中繼和放大信息，從任何接口接收的數據都將被髮送到所有其他接口。
5、如何有選擇性的發送數據？
有人把網橋比喻成一個 “聰明” 的中繼器。因爲中繼器只是對所接收的信號進行放大，然後直接發送到另一個端口連接的電纜上，主要用於擴展網絡的物理連接範圍。
而網橋除了可以擴展網絡的物理連接範圍外，還可以對 MAC 地址進行分區，隔離不同物理網段之間的碰撞。
6、速度不夠快怎麼辦？
交換機可以記錄該終端主機的 MAC 地址，並生成一個 MAC 表。MAC 表相當於一個 “map”，交換機根據 MAC 表在主機之間轉發數據流。
交換機基於網橋進行擴展和升級。
與網橋相比，交換機具有以下優點：
- 1）接口數量更密集（每個主機位於一個獨立的衝突域中，帶寬利用率大大提高）；
- 2）使用專用的 ASIC 硬件芯片進行高速轉發；
- 3）VLAN 隔離（不僅可以隔離衝突域，還可以通過 VLAN 隔離廣播域）。
交換機是一種局域網設備，通常用於局域網，不能實現遠程廣域網通信。
7、距離還不夠怎麼辦？
世界上第一臺路由器是由斯坦福大學的 Leonard Bossack 和 Santi Lerner 這對教師夫婦爲斯坦福大學校園網絡 (SUNet) 和思科公司發明的。
▲ 思科公司創始人 Leonard Bossack 和 Santi Lerner 夫婦
路由器是一種基於 IP 尋址的網絡層設備，利用路由表來實現數據轉發。路由器主要用於連接不同的局域網以實現廣播域隔離，也可以用於遠程通信，如廣域網連接。
諸如 IP 協議之類的邏輯尋址機制是實現不同類型局域網連接的關鍵。不同局域網的主機只要具有邏輯地址（IP 地址）和合理的邏輯地址規劃（網段規劃)，它們就可以通信。
路由器的誕生是互聯網的主要原因，跨媒介、跨地域的網絡集成已成爲現實。
8、接線太麻煩怎麼辦？
無線 AP 可以被視爲具有無線功能的交換機 / 路由器。隨着無線城市和移動辦公的發展趨勢，無線產品在網絡中所佔的比例正在增加。
根據部署方式的不同，可以分爲胖 AP 和瘦 AP 解決方案。
1）在胖 AP 方案中，無線 AP 具有獨立的操作系統，該操作系統可以獨立調試無線熱點的所有配置，類似於家用 Tp-link 產品。
2）在瘦 AP 方案中，無線 AP 僅具有無線信號傳輸功能，所有命令調試都集中在後臺的 AC / 無線控制器上。
小型無線網絡（家庭、小型企業）可以使用胖 AP 解決，而大型無線網絡（無線城市、無線園區網絡）則需要使用瘦 AP（AC + AP）解決。
10、網絡擁塞怎麼辦？
網絡中的流量控制設備主要分爲：
- 1）上網行爲管理；
- 2）負載均衡器 / 應用交付；
- 3）鏈路優化；
- ... ...
上網行爲管理產品主要關注細粒度的區分和流量控制。
負載平衡 / 應用程序交付側重於流量的負載平衡（根據流量特徵、應用程序、地址等進行區分，然後分配到不同的鏈接和服務器）。
鏈接優化主要用於廣域網等低速鏈路的邊界，以使鏈路利用率最大化。
問題來了：組成一個網絡需要多少種設備？
11、家庭 SOHO 網絡
這是一個典型的家庭網絡，它通過無線路由器提供 WiFi 熱點訪問，並提供路由器連接到外部網絡。
12、小型企業網絡
小型企業網絡使用二層架構、單核拓撲，需要路由器、交換機和服務器。
13、園區網
最常見的園區網架構，如大中型企業網絡 / 校園網絡，採用接入匯聚核三層架構和雙核組網。
根據網絡需求，分爲：
- 1）用戶區；
- 2）內部服務區；
- 3）外部服務區；
- 4）管理區；
- 5）Internet 區；
- ... ...
它們通過核心交換機和防火牆連接並隔離。
互聯網使用多出口連接，通過路由器實現撥號和 NAT，通過流量控制設備實現負載均衡 / 上網行爲管理，通過防火牆實現安全隔離。
15、系列文章
本文是系列文章中的第 15 篇，本系列文章的大綱如下：
[1] 網絡編程懶人入門 (一)：快速理解網絡通信協議（上篇）
[2] 網絡編程懶人入門 (二)：快速理解網絡通信協議（下篇）
[3] 網絡編程懶人入門 (三)：快速理解 TCP 協議一篇就夠
[4] 網絡編程懶人入門 (四)：快速理解 TCP 和 UDP 的差異
[5] 網絡編程懶人入門 (五)：快速理解爲什麼說 UDP 有時比 TCP 更有優勢
[6] 網絡編程懶人入門 (六)：史上最通俗的集線器、交換機、路由器功能原理入門
[7] 網絡編程懶人入門 (七)：深入淺出，全面理解 HTTP 協議
[8] 網絡編程懶人入門 (八)：手把手教你寫基於 TCP 的 Socket 長連接
[9] 網絡編程懶人入門 (九)：通俗講解，有了 IP 地址，爲何還要用 MAC 地址？
[10] 網絡編程懶人入門 (十)：一泡尿的時間，快速讀懂 QUIC 協議
[11] 網絡編程懶人入門 (十一)：一文讀懂什麼是 IPv6
[12] 網絡編程懶人入門 (十二)：快速讀懂 Http/3 協議，一篇就夠！
[13] 網絡編程懶人入門 (十三)：一泡尿的時間，快速搞懂 TCP 和 UDP 的區別
[14] 網絡編程懶人入門 (十四)：到底什麼是 Socket？一文即懂！
[15] 網絡編程懶人入門 (十五)：外行也能讀懂的網絡硬件設備功能原理速成（* 本文)
16、參考資料
[1] 快速理解網絡通信協議（上篇）
[2] 快速理解網絡通信協議（下篇）
[3] 假如你來設計網絡，會怎麼做？
[6] 技術往事：改變世界的 TCP/IP 協議（珍貴多圖、手機慎點）
[7] P2P 技術詳解 (一)：NAT 詳解 —— 詳細原理、P2P 簡介
[8] 通俗講解，有了 IP 地址，爲何還要用 MAC 地址？
技術交流：
- 移動端 IM 開發入門文章：《新手入門一篇就夠：從零開發移動端 IM》
- 開源 IM 框架源碼：https://github.com/JackJiang2011/MobileIMSDK（備用地址點此）
（本文已同步發佈於：http://www.52im.net/thread-4188-1-1.html）