网络互联从通信参考模型的角度可分为：在物理层使用中继器（Repeater），通过复制位信号延伸网段长度；在数据链路层使用网桥（Bridge），在局域网之间存储或转发数据帧；在网络层使用路由器（Router），在不同网络间存储转发分组信号；在传输层及传输层以上，使用网关（Gateway）进行协议转换，提供更高层次的接口。因此，中继器、网桥、路由器和网关是不同层次的网络互联设备。
1.中继器
中继器又称转发器。由于网络节点间存在一定的传输距离，网络中携带信息的信号在通过一个固定长度的距离后，会因衰减或噪声干扰而影响数据的完整性，影响接收节点正确的接收和辨认，因而经常需要运用中继器。中继器接收一个线路中的报文信号，将其进行整形放大、重新复制，并将新生成的复制信号转发至下一网段或转发到其他介质段。这个新生成的信号将具有良好的波形。
中继器一般用于方波信号的传输，有电信号中继器和光信号中继器，它们对所通过的数据不做处理，主要作用在于延长电缆和光缆的传输距离。
每种网络都规定了一个网段所容许的最大长度。安装在线路上的中继器要在信号变得太弱或损坏之前将接收到的信号还原，重新生成原来的信号，并将更新过的信号放回到线路上，使信号在更靠近目的地的地方开始二次传输，以延长信号的传输距离。安装中继器可使节点间的传输距离加长。中继器两端的数据速率、协议（数据链路层）和地址空间相同。
中继器仅在网络的物理层起作用，而不以任何方式改变网络的功能。在图5-15中通过中继器连接在一起的两个网段实际上是一个网段。如果节点A发送一个帧给节点B，则所有节点（包括C和D）都将有条件接收到此帧。中继器并不能阻止发往节点B的帧到达节点C和D。但有了中继器，节点C和D接收的帧将更加可靠。
图5-15 采用中继器延长网络
中继器不同于放大器，放大器从输入端读入旧信号，然后输出一个形状相同、放大的新信号。放大器的特点是实时实形地放大信号，它包括输入信号的所有失真，而且把失真也放大了。也就是说，放大器不能分辨需要的信号和噪声，它将输入的所有信号都进行放大。而中继器则不同，它并不是放大信号，而是重新生成它。当接收到一个微弱或损坏的信号时，它将按照信号的原始长度按位复制信号。因而中继器是一个再生器，而不是一个放大器。
中继器放置在传输线路上的位置是很重要的。中继器必须放置在任一位信号的含义受到噪声影响之前。一般来说，小的噪声可以改变信号电压的准确值，但是不会影响对某一位是0还是1的辨认。如果让衰减了的信号传输得更远，则积累的噪声将会影响到对某位的0、1辨认，从而有可能完全改变信号的含义，这时原来的信号将出现无法纠正的差错。因而在传输线路上，中继器应放置在信号失去可读性之前。即在仍然可以辨认出信号原有含义的地方放置中继器，利用它重新生成原来的信号，恢复信号的本来面目。
中继器使得网络可以跨越一个较大的距离。在中继器的两端，其数据速率、协议（数据链路层）和地址空间都相同。
2.网桥
网桥是存储转发设备，用来连接同一类型的局域网。网桥将数据帧送到数据链路层进行差错校验，再送到物理层，通过物理传输介质送到另一个子网或网段。它具备寻址与路径选择的功能，在接收到帧之后，要决定正确的路径将帧送到相应的目的站点。
网桥能够互联两个采用不同数据链路层协议、不同传输速率、不同传输介质的网络。它要求两个互联网络在数据链路层以上采用相同或兼容的协议。
网桥作用在数据链路层。它们用于网段之间的连接，也可以在两个相同类型的网段之间进行帧中继。网桥可以访问所有连接节点的物理地址，有选择性地过滤通过它的报文。当在一个网段中生成的报文要传到另外一个网段中时，网桥开始苏醒，转发信号；而当一个报文在本身的网段中传输时，网桥处于睡眠状态。
当一个帧到达网桥时，网桥不仅重新生成信号，而且还要检查目的地址，将新生成的原信号复制件仅仅发送到这个地址所属的网段。每当网桥收到一个帧时，它读出帧中所包含的地址，同时将这个地址同包含所有节点的地址表相比较。当发现一个匹配的地址时，网桥将查找出这个节点属于哪个网段，然后将这个数据包传送到那个网段。
例如，图5-16中显示了两个通过网桥连接在一起的网段。节点A和节点D处于同一个网段中，当节点A送到节点D的数据包到达网桥时，这个数据包被阻止进入下面其他的网段中，而只在本中继网段内中继，被站点D接收。在图5-16中，如果由节点A产生的数据包要送到节点G，那么网桥允许这个数据包跨越并中继到整个下面的网段。数据包将在那里被站点G接收。因此网桥能使总线负荷得以减小。
图5-16 由网桥连接的网段
网桥在两个或两个以上的网段之间存储或转发数据帧时，它所连接的不同网段之间在介质、电气接口和数据速率上可以存在差异。网桥两端的协议和地址空间要保持一致。
网桥比中继器多了一点智能。中继器不处理报文，它没有理解报文中任何内容的智能，它们只是简单地复制报文。而网桥有一些小小的智能，它可以知道两个相邻网段的地址。
网桥与中继器的区别在于：网桥具有使不同网段之间的通信相互隔离的逻辑，或者说网桥是一种聪明的中继器，它只对包含预期接收者网段的信号包进行中继。这样，网桥起到了过滤信号包的作用，利用它可以控制网络拥塞，同时隔离出现了问题的链路。但网桥在任何情况下都不修改包的结构或包的内容，因此只可以将网桥应用在使用相同协议的网段之间。(www.xing528.com)
为了在网段之间进行传输选择，网桥需要一个包含与它连接的所有节点地址的查找表，这个表指出各个节点属于哪个段。这个表是如何生成的以及有多少个段连接到一个网桥上决定了网桥的类型和费用。下面是3种类型的网桥。
1）简单网桥
简单网桥是最原始和最便宜的网桥类型。一个简单网桥连接两个网段，同时包含一个列出了所有位于两个网段的节点地址表。简单网桥的这个节点地址表必须完全通过手工输入。在一个简单网桥可以使用之前，操作员必须输入每个节点的地址。每当一个新的站点加入时，这个表必须被更新。如果一个站点被删除了，那么出现的无效地址必须被删除。因此，包含在简单网桥中的逻辑是在通过或不通过之间变化的。对制造商来说这种配置简单并且便宜，但安装和维护则耗费时间，比较麻烦，比起它所节约的费用来说可能是得不偿失。
2）学习网桥
学习网桥在它实现网桥功能的同时，自己建立站点地址表。当一个学习网桥首次安装时，它的表是空的。每当它遇到一个数据包时，它会同时查看源地址和目标地址。网桥通过查看目标地址决定将数据包送往何处。如果这个目标地址是它不认识的，它就将这个数据包中继到所有的网段中。
网桥使用源地址来建立地址表。当网桥读出源地址时，它记下这个数据包是从哪个网段来的，从而将这个地址和它所属的网段连接在一起。通过由每个节点发送的第一个数据包，网桥可以得知该站点所属的网段。例如，如果在图5-16中的网桥是一个学习网桥，当站点A发送数据包到站点G时，网桥得知从A来的包是属于上面的网段。在此之后，每当网桥遇到地址为A的数据包时，它就知道应该将它中继到上面的网段中。最终，网桥将获得一个完整的节点地址和各自所属网段的表，并将这个表存储在它的内存中。
在地址表建立后网桥仍然会继续上述过程，使网桥不断自我更新。假定图中节点A和节点G相互交换了位置，这样就会导致储存的所有节点地址的信息发生错误。但由于网桥仍然在检查所收到数据包的源地址，它会注意到现在站点A发出的数据包来自下面的网段，而站点G发出的数据包来自上面的网段，因此网桥可以根据这个信息更新它的表。
当然，具有这种自动更新功能的学习网桥会比简单网桥昂贵。但对大多数应用者来说，这种为增强功能、提供方便的花费是值得的。
3）多点网桥
一个多点网桥可以是简单网桥，也可以是学习网桥，用于连接两个以上相同类型的网段。
3.路由器
路由器工作在网络层，比中继器和网桥更加复杂。在路由器所包含的地址之间，可能存在若干路径，路由器可以为某次特定的传输选择一条最好的路径。
报文传送的目的地网络和目的地址一般存在于报文的某个位置。当报文进入时，路由器读取报文中的目的地址，然后把这个报文转发到对应的网段中。它会取消没有目的地的报文传输。对存在多个子网络或网段的网络系统，路由器是很重要的部分。
路由器可以在多个互联设备之间中继数据包。它们对来自某个网络的数据包确定路线，发送到互联网络中任何可能的目的网络中。图5-17显示了一个由5个网络组成的互联网络。当网络节点发送一个数据包到邻近网络时，数据包将会先传送到连接处的路由器中；然后通过这个路由器把它转发到目的网络中。如果在发送和接收网络之间没有一个路由器直接将它们连接，则发送端的路由器将把这个数据包通过和它相连的网络，送往通向最终目的地路径上的下一个路由器，该路由器将会把数据包传递到路径中的下一个路由器，直到到达最终目的地。
路由器如同网络中的一个节点一样工作，但是大多数节点仅仅是一个网络的成员，而路由器同时连接到两个或更多的网络中，并同时拥有它们所有的地址。路由器从所连接的节点上接收数据包并传送到第2个连接的网络中。当一个接收数据包的目标节点位于这个路由器所不连接的网络中时，路由器有能力决定哪一个连接网络是这个数据包最好的下一个中继点。一旦路由器识别出一个数据包所走的最佳路径，它将通过合适的网络把数据包传递给下一个路由器。下一个路由器再检查目标地址，找出它所认为的最佳路径，然后将该数据包送往目的地址，或送往所选路径上的下一个路由器。
图5-17 互联网中的路由器
路由器是在具有独立地址空间、数据速率和介质的网段间存储转发信号的设备。路由器连接的所有网段，其协议是保持一致的。
4.网关
网关又被称为网间协议变换器，用以实现不同通信协议的网络之间，包括使用不同网络操作系统的网络之间的互联。由于它在技术上与它所连接的两个网络的具体协议有关，因而用于不同网络间转换连接的网关是不相同的。
一个普通的网关可用于连接两个不同的总线或网络。由网关进行协议转换，提供更高层次的接口。网关允许在具有不同协议和报文组的两个网络之间传输数据。在报文从一个网段到另一个网段的传送中，网关提供了一种把报文重新封装形成新的报文组的方式。
网关需要完成报文的接收、翻译与发送。它使用两个微处理器和两套各自独立的芯片组。每个微处理器都知道自己本地的总线语言，在两个微处理器之间设置一个基本的翻译器。I／O数据通过微处理器，在网段之间来回传递数据。在工业数据通信中网关最显著的应用就是把一个现场设备的信号送往另一类不同协议或更高一层的网络。例如，把ASI网段的数据通过网关送往Profibus-DP网段。
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