网络互连设备的层次归属问题探讨

杨柳

摘 要：关于网络互连设备的层次归属问题是计算机网络课教学中要重点阐明的一个问题。由于目前的教科书普遍存在对于该问题表述不准确的现象，文章从网络体系结构的三个参考模型出发，特澄清了这一问题。

关键词：网络参考模型;网络互连设备;归属

中图分类号：TP393.09   文献标识码：A   收稿日期：2018-09-19

文章编号：2095-624X（2018）31-0025-01

计算机在通信中的应用促使数据通信数字通信技术迅速发展，并促进了通信由模拟到数字并最终向综合服务的方向发展[1]。为了完成网络通信的功能，人们引入了各种网络互连设备。这些互连设备层次归属问题，是本文要探讨的主要问题。

1.网络体系结构的三大参考模型

（1）OSI/RM。為解决异种计算机系统和网络之间的通信，国际标准化组织（ISO）以及国际上其他的一些标准化团体提出了开放系统互连参考模型（OSI/RM）[2]。

在物理介质的基础上，OSI/RM将计算机网络分成七层，由下往上依次是：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。在OSI参考模型中，每层都包含不同的网络活动，各层之间既相互独立，又存在一定的关系。在实际的计算机网络应用中，大行其道的是TCP/IP协议族。

（2）TCP/IP参考模型。TCP/IP是当今世界最大的广域网——INTERNET的核心协议。它是包含TCP和IP两个协议的数十个协议组成的一个协议族，它的参考模型为应用层（HTTP/FTP/DNS）、传输层（TCP/UDP）、网际层（IP）、网络接口层。TCP/IP的协议是从网际层开始的，IP协议屏蔽了具体的物理网络的差异，这些具体的物理网络构成了网络接口层。

（3）IEEE 802 LAN/RM。IEEE（电气与电子工程师协会）在1980年2月成立了专门制定局域网标准的802委员会，制定了一系列关于局域网（LAN）的标准，包括著名的802.3标准、802.5标准、802.11标准。

2.网络互连设备的层次归属问题

网络互连设备有中继器、集线器、网桥、交换机、路由器、网关。

经典的网络互连设备的层次划分中最活跃的为集线器（Hub）、交换机（Switch）与路由器（Router）。下面网络设备的层次归属问题也主要是围绕这三个设备来展开。

专科学校尤其是高职院校使用的计算机网络教材对于网络互连设备的层次归属问题常常是模棱两可，甚至是对立的描述。相关描述如下：

（1）集线器是一个多端口的中继器和共享设备，它工作在OSI参考模型的第二层——数据链路层。集线器是多端口的中继器，属于物理层设备。

（2）路由器是工作在OSI七层模型中第三层网络层（IP）与第四层即传输层间的网络设备。

（3）交换机一般用于LAN-WAN的连接，交换机归于网桥，是数据链路层的设备。

计算机网络的经典教材中，似乎集线器是一个处理数据帧的数据链路层设备。集线器有没有完成数据链路层的功能呢？先看以下两点分析：

在局域网参考模型中，媒体访问控制子层属于数据链路层。如果集线器完成了这一子层的功能，那我们应当把集线器归为数据链路层设备。实际上，虽然集线器上有冲突发生，但对冲突进行侦听发出冲突信号是与集线器的工作站上的网卡的事，所以网卡是一个数据链路层设备，而集线器是一个物理层设备。

在OSI参考模型中，数据链路层的协议数据单元（PDU）或者说数据格式是帧。如果集线器能够处理数据帧，那么它就是一个数据链路层设备。能够处理数据帧的一个重要标志是能够识别数据帧中的MAC地址，但实际上集线器是无法识别的。网桥和交换机能够根据数据帧中的物理地址进行数据的转发或者过滤，所以我们把网卡、网桥和交换机归为数据链路层设备。由此我们可以澄清一个事实：交换机至少是一个数据链路层设备。虽然三层交换机能够完成IP路由功能，但我们还是习惯上将交换机归为数据链路层设备。

路由器先划归为网络层和传输层之间的设备，然后又划归为网络层设备，这种说法存在严谨性的问题。路由器完成的主要功能是为IP分组寻找最佳路由，这是网络层所要完成的功能，这样路由器就可划归为网络层的互连设备。

总之，判断一个设备是哪一层的设备，关键是看这个设备完成了哪一层的功能。因此，笔者认为网络互连设备特别是网络硬件设备网络层次归属应该是：集线器属于物理层设备，交换机属于数据链路层设备，路由器属于网络层设备。

参考文献：

[1]董吉文，徐龙玺，王信堂，等.计算机网络技术与应用[M].北京：电子工业出版社，2006.

[2]陈学平.计算机网络工程与实训[M].北京：电子工业出版社，2006.