【原创研究】天覆吾，地载吾―网络设备的前世今生
来源： 苏泊尔产业资本-李光辉日期：2020-03-15浏览量：908
李泌在《长歌行》有言：天覆吾，地载吾，天地生吾有意无（苍天覆盖着我，大地承载着我，天地间我辈间皆有注定）。小编们在做行业研究中发现，其实身边的网络设备就是李泌笔下的天之骄子。事实也是如此，从古代战时的烽火狼烟，三国时的孔明灯传信，苏武的鸿雁传书，锦鲤传书，飞鸽传书，《长安十二时辰》的主角“望楼”和洋人的莫尔斯电码，到我们今天的火神山医院5G网络，网络的发展一直是社会的永恒需求。2020年3月4日，政治局会议明确指出，加快5G网络、数据中心等新型基础设施建设进度，又称“新基建”。相比其他“新基建”，网络通信行业在整个信息技术产业中扮演着底层基础设施的角色，对经济和就业的拉动作用巨大。随着移动互联网渗透率提升，互联网流量需求的井喷，国产供应链的多年健壮发展，以及以科创板为核心的资本市场配套手段，我们认为中国有望复制美国克林顿时期的网络高速公路的繁荣期，产生一大批像思科这样长期引领时代的优秀跨国企业。在以5G基建和数据中心为主的新基建浪潮中，网络设备作为通信的基础型设施，是5G和数据中心有效运作的核心架构。首先，网络设备是数据流量转发、存储、处理的基础设施设备，流量的持续增长必然需要更多的IT设备进行支持，从而扩大服务器、交换机、路由器等网络设备的需求。4G时代，各种网络设备不同程度受益于流量爆发，国内服务器市场规模复核增长率25.8%，路由器市场规模复核增长率19.0%，交换机市场规模复合增长率15.3%。新基建加速了5G的部署，未来流量爆发将更快到来，网络设备需求将更加明显。其次，网络设备是数据中心的主要构成之一。在整个IDC行业基础设施建设中，服务器成本在数据中心的成本占比达到33%，路由器和交换机等占比达到9.0%，网络设备被长期低估。本次新基建刺激大数据中心基础设施的建设，将同步传导到网络设备行业进一步繁荣。接下来，将与大家一起来了解那些推动我们生活发生巨变的计算机网络历史和功臣们。随着计算机技术和通信技术的不断发展，计算机网络经历了从简单到复杂、从单机到多机的发展过程，其演变过程经过了4个阶段：面向终端的计算机通信网、以共享为目的的计算机网络、开放式标准化的计算机网络，以及互联网与高速网络。20世纪60年代中期之前的第一代计算机网络是以单个计算机为中心的远程联机系统，典型应用是由一台计算机和全美范围内2000多个终端组成的飞机订票系统，终端是一台计算机的外围设备，包括显示器和键盘，无CPU和内存。随着远程终端的增多，在主机前增加了前端机(FEP)。当时，人们把计算机网络定义为“以传输信息为目的而连接起来，实现远程信息处理或进一步达到资源共享的系统”，这样的通信系统已具备网络的雏形。20世纪60年代中期至70年代的第二代计算机网络是以多个主机通过通信线路互联起来，为用户提供服务，兴起于60年代后期，典型代表是美国国防部高级研究计划局协助开发的ARPANET。主机之间不是直接用线路相连，而是由接口报文处理机(IMP)转接后互联的。IMP和它们之间互联的通信线路一起负责主机间的通信任务，构成了通信子网。通信子网互联的主机负责运行程序，提供资源共享，组成资源子网。这个时期，网络概念为“以能够相互共享资源为目的互联起来的具有独立功能的计算机之集合体”，形成了计算机网络的基本概念。20世纪70年代末至90年代的第三代计算机网络是具有统一的网络体系结构并遵守国际标准的开放式和标准化的网络。ARPANET兴起后，计算机网络发展迅猛，各大计算机公司相继推出自己的网络体系结构及实现这些结构的软硬件产品。由于没有统一的标准，不同厂商的产品之间互联很困难，人们迫切需要一种开放性的标准化实用网络环境，这样应运而生了两种国际通用的最重要的体系结构，即TCP/IP体系结构和国际标准化组织的OSI体系结构。
20世纪90年代至今的第四代计算机网络，由于局域网技术发展成熟，出现光纤及高速网络技术，整个网络就像一个对用户透明的大的计算机系统，发展为以因特网(Internet)为代表的互联网。
在计算机网络体系中，有几种网络设备出现的频率相当的高，这些设备看起来很陌生，但弄清楚设备的应用并不困难。我们来梳理一下设备的功能，并用通俗的语言科普下它们实际怎么工作。服务器是计算机网络上最重要的设备。服务器指的是在网络环境下运行相应的应用软件，为网络中的用户提供共享信息资源和服务的设备。
通俗理解服务器：简单来说，服务器就是更高级的电脑，只不过电脑是发送请求的客户端，服务器是接受服务请求，并及时给与反馈的服务端。比如，周杰伦上了一首新歌，你只能在QQ音乐上面听。如果你只是在心里默念我要听，QQ音乐是不会理你的，因为他收不到这个服务命令。我们想听这首歌，实际上要跟谁说才有用呢?要跟QQ音乐的服务器说才有用，所以通过我们的电脑或者手机去QQ音乐搜索周杰伦的新歌，而你在搜索的过程，服务器就会收到你的服务请求。如果服务器本身存有这首歌的的资源和权限的话，它就会相对应的把这首歌展现给你。
(2) 中继器
中继器(Repeater)是连接网络线路的一种装置,是最简单的网络互联设备,由于存在损耗,在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。中继器就是为解决这一问题而设计的。中继器完成物理线路的连接，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同。通俗理解中继器：中继器，就是简单的信号放大器，信号在传输的过程中是要衰减的，中继器的作用就是将信号放大，使信号能传的更远。
(3) 集线器
集线器（Hub）是中继器的一种形式，区别在于集线器能够提供多端口服务，也称为多口中继器。简单理解集线器：集线器，差不多就是个多端口的中继器，把每个输入端口的信号放大再发到别的端口去，集线器可以实现多台计算机之间的互联，因为它有很多的端口，每个口都能连计算机。网桥(Bridge)是一个局域网与另一个局域网之间建立连接的桥梁。网桥的作用是扩展网络和通信手段，在各种传输介质中转发数据信号，扩展网络的距离。同时又有选择地将现有地址的信号从一个传输介质发送到另一个传输介质，并能有效地限制两个介质系统中无关紧要的通信。
简单理解网桥：网桥像一个集线器，这个集线器只需两个端口，一端连着一根网线，由于其本来的目的就是延伸网线，所以称之网桥。
交换机要比集线器智能一些，它能分辨出数据中的源物理地址和目的物理地址，因此可以在任意两个端口间建立联系，在数据的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据直接由源地址到达目的地址。
总结：交换机，可以理解为高级的网桥，他有网桥的功能，但性能比网桥强。交换机和网桥的细微差别就在于：交换机常常用来连接独立的计算机，而网桥连接的目标是LAN，所以交换机的端口较网桥多。
路由器比交换机还要“聪明”一些，它能理解数据中的IP地址，如果它接收到一个数据包，就检查其中的IP地址，如果目标地址是本地网络的就不理会，如果是其他网络的，就将数据包转发出本地网络。
与工作在网络物理层，从物理上划分网段的交换机不同，路由器使用专门的软件协议从逻辑上对整个网络进行划分。网络中的设备用它们的网络地址（TCP／IP网络中为IP地址）互相通信。IP地址是与硬件地址无关的“逻辑”地址。目前TCP／IP网络，全部是通过路由器互连起来的，Internet就是成千上万个IP子网通过路由器互连起来的国际性网络。当一个子网传输到另外一个子网时，可以用路由器完成。它具有判断网络地址和选择路径的功能，过滤和分隔网络信息流。一方面能够跨越不同的物理网络类型，另一方面在逻辑上将整个互连网络分割成逻辑上独立的网络单位，使网络具有一定的逻辑结构。通俗理解：路由器，可以理解为软件层面的交换机，在软件层面为经过路由器的每个数据寻找一条最佳IP传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。
网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。网关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,是一种充当转换重任的计算机系统或设备，使用在不同的通信协议、数据格式或语言，甚至体系结构完全不同的两种系统之间，网关是一个翻译器。与网桥只是简单地传达信息不同，网关对收到的信息要重新打包，以适应目的系统的需求。
通俗理解：网关就是网络的大门，数据通过大门对外部其他网络传输，这个大门还能重新把数据转换成其他网络的格式。事实上，整个计算机网络在物理上是建立在服务器、集线器、交换机、路由器等网络设备之上的，这些硬件每天都在支撑大家各类数据的传输，是互联网的基础性设施。最后，以一个形象化的例子来说明集线器、路由器、交换机的工作方式区别。某一天，你到你女友安红就读的学校去找她。那么你的做法是什么呢：（一） 集线器的工作方式（你是你女朋友所在楼的集线器）：你站到学校操场，无需什么预定好的步骤（程序、软件），仅仅依靠最原始的空气介质（物理层），大喊一声“安红，我想你！”假设你喊的时候不巧碰上还有一个集线器跟你同一时候喊，那么你和他喊的内容都不能被听见。所以你必须等他喊完了再喊。（排队）事实上你喊的时候非常多人都听见了，可是她们不理你。（丢弃包）然后，对面楼里传来了你女友的声音“不想见你！”（响应）（二）交换机/网桥的工作方式（你变成一个交换机）：这次你打算动用起高科技，用手机这个介质（数据链路层）来“一对一”地联系。记得在女友刚搬进宿舍的时候你就在她楼下大喊：美女，你手机号码是多少？！（一次广播/首次广播）刚好那时你是个全校公认的帅哥。于是你女友在内的全部女生都探出头来。大叫：我是XXX（IP地址）。我手机号码是XXXX（Mac地址）。（主机响应）如今，你拨通了她的手机。（建立连接）对她说“我来找你了”。（独享信道）你的女友没等你说完就回了一句“知道了”！（全双工方式：及时响应）（三）路由器的工作方式 （你是多个路由器，你不是一个人在路由）：你打算来点更直接的，通过“线索”（网络层），推理（路由软件）出你要到达哪个宿舍去找她，只是可能得经过几次查找。（“决定去哪”这个行为就是分组转发）你事先把你全部女友所在的XX系XX级XX班XX号宿舍的信息记录在你的笔记本上（建立静态路由表），然后找到了当中小芳的宿舍信息（IP地址），而且确定了找到她的最短途径。（路由选择）你到学校门房问XX系所在的楼（网关），门房跟你说在XX号楼，于是你到了那个楼。（转发到下一跳）注意你问的时候必须使用普通话。英语什么的人家可能听不懂。（採用相同的路由协议）你又到XX系问到了XX级XX班的宿舍……经过N次询问（N跳）。你最终来到了小芳的面前。
