1. Router and Switch
网关(Gateway): 两个主机没法直接传递消息（属于不同子网）时，需要中间借助其他设备，这些中间接口叫做网关。
Router
路由器包含到第三层network layer, 确保包裹在网络层传输，只识别IP地址。
路由一般出现在网关（Gateway），作为网络与网络之间的联系，例如广域网（WAN）或局域网（LAN）之间的连接，也可以看作连接两个子网（subnet）的设备，因此路由器每个端口（port）对应一个IP地址，分别属于不同的子网（subnet）。路由器的作用是规划最佳网络传输路径，让消息传输到相应的子网。
Switch
交换机包含到第二层data link layer, 只识别 MAC 地址，也就是每台机器的物理地址，唯一识别码，是不可变的。仅支持子网内部通信。
交换机有很多个 LAN 口，则将一个网段划分成更多网段，使连接到更多的设备，比如 PC、打印机等。
总结：
路由器含有网络层，所以相当于外网之间的路径规划设备，比交换机大一级，根据 IP 地址分发包裹到相应的子网；交换机只含有数据链路层，管理内网之间的通讯，只识别 MAC 地址。由于只有路由器含有网络层，所以防火墙在路由器上。目前也有路由器和交换机合并成一个设备。
2. Routing
Dynamic Routing
路由自适应（adaptive routing）过程。有很多相关的协议，例如学过的 OSPF 协议，分为三步，第一步每个路由启动时向管理员（有一张网络拓扑图）发送请求，从而得知与自己直接相连的的（link, cost），第二步将这些信息传递给相邻的路由，第三步将收到的信息传递给相邻的路由。每次收到消息都更新自己的网络拓扑图以及 routing table，最终达成一致则停止更新。
Static Routing
手动配置路由的 routing table。一个路由有多个端口，转发到另一个subnet的包裹应该从哪个router的端口。最简单的配置参考下图。
更复杂的拓扑结构及配置见我的github库：
3. Packet Transmission
当一个 packet 从某台主机（10.10.1.1）传递到不同子网的另一台主机（10.10.3.1）时，传输路径大概是怎样的呢？
首先这台主机会广播（broadcast）对方的 IP 地址，但是在自己的子网里没找到相应的主机，则传递给网关（即路由A），路由A查询了一下自己的 routing table，把这个 packet 传给另一个路由B的 portX，路由B可能传给路由C的 portX 或直接传给自己的 portX 所在子网中的交换机或主机（10.10.3.1）。交换机提取 MAC 地址，将 packet 发给相应的主机。
4. Common Used Protocols
DHCP protocol
是一种网络管理协议，DHCP服务器允许设备向 ISP（Internet Service Provider）发送分配 IP 地址的请求。router 或者 gateway 能够扮演 DHCP 的角色。
TCP/IP protocol
是网络层的协议，只需要知道 IP 地址进行任意两台主机的通信。
ARP protocol
通过解析网络层 IP 地址来寻找数据链路层 MAC 地址的网络传输协议。在一个子网中，主机A发送一个包裹给主机B，通过 ARP 协议广播这个包裹给所有主机，主机B知道在呼叫自己，则将自己的 MAC 地址封装起来回传给主机A，这样主机A就知道对方的 MAC 地址了，此后如果主机A想发包裹给主机B，则直接发送到这个 MAC 地址而非广播。
当 hostA 和 hostB 不在同一个局域网内时，即便知道了对方的 MAC 地址也无法直接通信，因此 hostA 通过 ARP 协议解析中间的 router 的 MAC 地址即可，这叫 ARP代理（ARP Proxy）。
Ethernet protocol
以太网协议广泛应用在局域网（LAN）/Wi-Fi中，其规定任意两台主机通信，必须知道目标主机的 MAC 地址。
5. Vlan
虚拟局域网。物理局域网用 router/switch 通过地理位置划分成不同的局域网，而 Vlan 通过虚拟的逻辑将设备规划成不同的局域网。
作用： 这样有利于提高安全性（不同的Vlan之间不能通信），减少 boradcast traffic（broadcast只发生在各自的Vlan里）。
实操： 一个 switch 上有多个LAN口，可以手动设置其中几个LAN口为同一个VLAN端口号，并且属性都设置为 access, 这样这几个LAN口连接的机器在一个局域网下，假设设置了三个VLAN，但是希望 Vlan1 和 Vlan2 可以相互通信，则设置另一个LAN口允许 Vlan1、Vlan2 通过，属性设置为 trunk。