各层网络协议和网络设备对应表（对比版）

大家好，我是小北。

在前面两篇文章文章我们分别介绍了网络模型以及为什么需要分层。

根据我的经验，这个分层，日常中用的最多的场景是在于七层负载均衡、四层负载均衡、四层交换机这样的表达中。

这里简单说明下负载均衡:

四层负载均衡（L4 Switch）工作于传输层（TCP/UDP），就像快递分拣员仅查看包裹的收件地址。它基于IP地址和端口号进行流量转发，不解析具体应用内容。例如：客户端访问1.1.1.1:80时，负载均衡器直接将请求转发至后端服务器的2.2.2.2:8080，全程不关心传输的是HTTP请求还是MySQL数据。典型方案如LVS（Linux Virtual Server）和F5 BIG-IP，优势是性能极高（硬件方案可达百万级并发），但无法实现基于URL、Cookie的精细化路由。

七层负载均衡（L7）则深入应用层协议（如HTTP头、SSL证书），如同智能配送员拆开包裹检查内容。它能根据URI路径（如 /api/ 转发到Java集群，/static/ 转发到CDN）、HTTP头部（如浏览器类型、语言）甚至请求内容（如JSON字段）做决策。
典型工具如Nginx、HAProxy，支持灰度发布、SSL卸载、防爬虫等高级功能，但性能损耗较大（软件方案通常支持万级并发）。

在这还是主要分析一下网络分层和实际的网络设备关系：

工作层级	典型设备	核心功能	工作特点
应用层/表示层/会话层	网关（应用层网关）	协议转换、内容过滤、防火墙	处理高层协议（如HTTP代理）
传输层	四层交换机	基于端口号进行流量转发	识别TCP/UDP端口（如负载均衡场景）
网络层	路由器、三层交换机	IP寻址、路由选择、跨网络通信	基于IP地址进行转发，支持NAT
数据链路层	交换机（二层）、网桥	MAC地址学习、局域网数据帧转发	通过MAC地址表实现快速转发
物理层	集线器、中继器、网卡	信号放大、比特流传输	无寻址能力，广播式传输

应用层网关

这种是工作在应用层的，比如 Nginx 网关，将不同协议的数据转换为统一格式（如将HTTP请求转换为内部API协议）

也可以拦截恶意流量或敏感信息（如企业防火墙过滤非法网页）。

四层交换机

四层就是传输层，传输层的特点就是端口号，所以四层交换机是基于端口号转发流量：例如将80端口的HTTP请求分发到多台Web服务器（负载均衡）。

特点就是能识别TCP/UDP头部：不解析应用层数据，仅根据端口号决策。

三层交换机

三层就是网络层，三层交换机实际就是路由器，是利用 IP 地址进行寻址和转发的设备，当然了，有些路由器也带有交换机的能力。

另外就是诸如NAT（网络地址转换）这种协议也是工作在三层交换机，将私有IP映射为公网IP（如家庭宽带共享上网）。

二层交换机

二层交换机实际就是我们日常所说的“交换机”。

交换机主要就是数据帧转发：仅在同一局域网内转发数据帧（如办公室内PC互访）。

当然了，还需要具备 MAC 地址学习等能力：记录端口与MAC地址的映射关系，构建转发表。

通过MAC地址表实现精准转发（非广播），减少冲突域。

物理层网络设备

这种一般是集线器 & 中继器这种，它们完全不理解任何地址信息，纯粹无脑向所有端口转发，所以冲突会很大，一般是用来做信号中继。

总结

层级越高，智能度越高：

应用层网关可解析HTTP内容，而集线器仅处理电信号。

转发依据不同：

二层交换机看MAC地址，路由器看IP地址，四层交换机看端口号。

一张图总结：

网络层级和设备关系

常见问题

路由器工作在OSI哪一层？交换机呢？
- 路由器工作在网络层（第三层），交换机传统工作在数据链路层（第二层）。但注意，三层交换机具备部分路由功能（现代网络设备多为多层混合工作）
ARP协议属于哪一层？为什么？
- ARP属于网络层（第三层）。虽然它基于MAC地址，但本质是解决IP地址到MAC地址的映射问题，属于网络层逻辑。
  不要因涉及MAC地址误判为数据链路层协议。
为什么交换机不能替代路由器？
- 二层交换机基于MAC地址通信，无法处理跨网络的IP路由；路由器通过路由表实现不同网络间的数据转发。