各层网络协议和网络设备对应表(对比版)
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:
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。
- 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。
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。