可能有些小伙伴看見物理設備天生就犯困，反手就準備關閉文章，且慢！本文只是簡單的介紹這幾個設備的功能，并不會涉及復雜的底層硬件原理，不一定嚴謹，并且摒棄了很多細節，但讀起來一定通俗易懂，幫助你迅速搭建起計網的知識框架。
什么是數據？
首先我們需要知道，網絡上傳輸的東西是什么？所謂數據，什么是數據
假設你要傳輸的數據是name="小牛肉"，那么經過從應用層開始經過層層封裝，到達物理層進行傳輸的時候，你的數據已經被封裝進了很多東西：
源IP地址
源MAC地址
目標IP地址
目標MAC地址
每一臺計算機都有自己的IP地址和MAC地址。
物理層設備：集線器
假設一個網絡上有ABCDE五臺計算機，A想要給C發送數據包，那么數據包被發送出來后它怎么知道C在哪里？
古老的物理層設備“集線器”出現了??
A通過集線器給C發送消息
如上圖所示，集線器上面有若干個端口，每個端口都連著一臺計算機，假設A計算機對應端口1，B計算機對應端口3，C計算機對應端口7......
那么A想要給C發送消息，消息要經過誰？沒錯，首先要經過集線器
集線器不是很聰明，他其實也不知道C到底在哪里，所以他會將A的消息廣播給所有的計算機，由各個計算機自己判斷是不是發送給自己的消息。
數據鏈路層設備：交換機
雖然集線器確實有用，但也導致了消息爆炸，原來我只要發給計算機B的消息，現在卻要發給連接到集線器上的所有計算機，這樣無論是從經濟還是效率上來說都不是一個很好的選擇。如果把這個集線器弄得更智能一些，只發給目標計算機就好了。
既然只發送給一個計算機，那我們首先需要唯一定位這個計算機。
通過什么來定位？發送出來的數據包中其實已經封裝好了，就是通過目標計算機的MAC地址來進行唯一定位。
A通過交換機給C發送消息
那具體是怎么做到的呢？
事實上，交換機內部維護一張【MAC地址表】，記錄著每一個MAC地址的設備，連接在哪一個端口上。
如果發來的包首部中包含的目標MAC地址在MAC地址表中沒有映射關系，交換機就將此包廣播給所有端口，也即發給了所有機器；
如果地址表有映射，那就只發給那一個端口
比如A想要給C發送消息，一開始交換機的MAC地址表是空的，交換機并不知道C的端口號，因此A發送的消息將會被廣播，同時，A的MAC地址和它對應的端口號會被記錄到MAC地址表中。
A通過交換機給C發送消息，此時MAC地址表為空
這樣，C對A的消息進行響應的時候，交換機就不需要進行廣播消息了，因此它已經知道A計算機在哪個端口了，并且同樣的，C的MAC地址和它對應的端口號會被記錄到交換機的MAC地址表中。
C通過交換機給A發送消息，此時MAC地址表中含有A的信息
網絡層設備：路由器
交換機似乎看起來已經是最優解了，但事實上，隨著計算機設備越來越多，交換機的端口都不夠用了，當然你肯定能想到可以用將多個交換機互相連接起來，然后每個交換機之間都互相共享他們的MAC地址表。但隨著計算機數量的增長，比如10億臺設備，100萬個交換機，那這100萬個交換機都需要各自維護包含10億條記錄的MAC地址表，無論是從經濟還是效率上來說這也都不是一個很好的選擇。
所以將交換機連接在一起這個思路確實沒有錯，但不能粗暴的直接連接在一起，得想個辦法，讓每個交換機仍然只需要維護和自己連接的設備的MAC地址表，同時還能和其他交換機進行共享
路由器應用而生。
路由器同樣有很多端口，每一個端口都擁有一個MAC地址和一個IP地址，每一個端口都連著一個局域網（或者說子網或者說IP地址段也行，本文就不過多區分子網和局域網的含義了）或者另一個路由器
舉個簡單的例子，有兩個子網，每個子網內都只有一個交換機，交換機上連接著若干個計算機設備，用路由器把這兩個交換機連接起來，當兩個子網之間需要進行通信的時候，通過路由器就可以實現了。
那具體是怎么做到的呢？
事實上，路由器內部同樣維護著一張表，這張表稱為【路由表】，記錄著每一個局域網（IP地址段）和它對應的端口。
比如某個路由器的端口0上連接著192.168.0.x?的IP地址段，端口1上連接著192.168.1.x的IP地址段，那么路由表就是下面這樣：
大伙一定發現了上面路由表中還有”下一跳“這個字段，很簡單，一個路由器的端口畢竟是有限的，不可能一個路由器連接所有的IP地址段，因此，如果該路由器發現目標計算機的IP地址不在自己管轄的IP地址段之內，就會通過下一跳地址轉發給其他的管轄這個IP地址的路由器
路由器具體是怎么工作的呢？比如A給C發送數據，A在子網號為192.168.0.x?的子網，而C在子網號為192.168.1.x的子網，那么A首先需要知道C和自己是不是在同一個子網：
如果是同一個子網，那么直接把數據發送給交換機就可以了
如果不是同一個子網，那么需要經過路由器的轉發，A需要把數據通過交換機發送給路由器，然后由路由器決定該發送給哪個子網
A通過路由器給C發送消息
這里有兩個問題：
1）A如何判斷是否和C在同一個子網？
答案：這個簡單，也不是本文重點，不過多介紹了，就是將源IP與目的IP分別同子網掩碼進行與運算，結果相等就是在同一個子網
2）A如何知道哪個設備是路由器？
答案：每個計算機上都要設置【默認網關】
其實說發給路由器不準確，應該說A會把數據包發給默認網關。
對A來說，A只能直接把數據包發給同處于一個子網下的某個IP上，所以其實發給路由器還是發給某個計算機設備，對A來說并沒有什么區別，反正它只認得IP地址。
所以默認網關，其實就是A在自己電腦里配置的一個IP地址，以便在發給不同子網的設備時，發給這個IP地址。
總結
如下圖A給F發送一個數據包，我們來梳理下整個通信過程：
A給不同子網的F發送消息
1）首先A（192.168.0.1?）通過子網掩碼（255.255.255.0?）計算出自己與F（192.168.3.2?）并不在同一個子網內，于是決定發送給默認網關（192.168.0.222）
2）A通過ARP協議找到默認網關192.168.0.222的MAC地址（數據鏈路層需要知道MAC地址才能傳輸數據）
3）A將源MAC地址（AA-AA-AA-AA?）與網關MAC地址（MM-MM-MM-MM?）封裝在數據鏈路層頭部，又將源IP地址（192.168.0.1?）和目的IP地址（192.168.3.2）（注意這里千萬不要以為填寫的是默認網關的IP地址，從始至終這個數據包的兩個IP地址都是不變的，只有MAC地址在不斷變化）封裝在網絡層頭部，然后發送數據包
報文格式
4）第一個交換機收到數據包后，發現目標MAC地址是MM-MM-MM-MM，轉發給第一個路由器
5）數據包來到了第一個路由器，發現其目標IP地址是192.168.3.2?，查看其路由表，發現了下一跳的地址是192.168.100.21
6）所以此時該路由器需要做兩件事，一是再次匹配路由表，找到下一跳192.168.100.21匹配的端口號，二是從這個端口把數據包轉發出去
7）此時第二個路由器收到了數據包，看到其目的地址是192.168.3.2，查詢其路由表找到匹配的端口號，并準備從該端口把數據包轉發出去
8）但此時路由器需要知道192.168.3.2?的MAC地址才行，于是查看其ARP緩存，找到其MAC地址為FF-FF-FF-FF，并將其封裝在數據鏈路層頭部，從上個步驟確定的端口將包轉發出去。
9）如上圖所示，對應的交換機收到了數據包，發現目的MAC地址為FF-FF-FF-FF，查詢其MAC地址表，從對應的端口把數據包發出去。
10）數據包最終成功抵達計算機F，F發現目的MAC地址就是自己，于是收下了這個數據包。
