交换机
交换机是一种局域网设备，主要用于实现内部网络中设备之间的通信和数据交换。交换机具有以下功能和特点：
- 数据帧转发：交换机可以接收数据帧，并根据数据帧中的目标MAC地址来确定将数据帧发送到哪个端口。通过这种方式，交换机可以实现设备之间的直接通信，而无需将数据发送到整个网络。
- 无碰撞数据传输：交换机使用专用的交换方式，可以同时进行多个端口之间的数据传输，而不会发生碰撞。这样可以提高网络的传输效率和带宽利用率。
- 速度与全双工：交换机通常支持高速数据传输和全双工通信。全双工模式允许同时进行发送和接收操作，提高了网络的性能和吞吐量。
- VLAN支持：交换机可以支持虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN），通过将不同的端口划分为不同的VLAN(通过划分端口在逻辑上实现虚拟局域网构建)，实现逻辑隔离和安全性。VLAN可以帮助分割网络，限制广播和增强网络安全。
- 端口管理：交换机具有管理和控制每个端口的功能。管理员可以配置端口的速度、双工模式、安全策略等，以适应不同的网络需求。
- 交换机链路聚合：交换机可以支持链路聚合（Link Aggregation），将多个物理链路汇聚成一个逻辑链路，提高带宽和冗余性。
交换机在局域网中扮演着连接设备和实现高效数据交换的重要角色，广泛用于家庭网络、办公网络和企业网络等各种网络环境中。
路由器
路由器是一种网络设备，主要用于将不同的网络连接起来，并在网络中转发数据。路由器具有以下功能和特点：
- 网络连接：路由器可以连接多个不同的网络(可以理解成局域网)，例如家庭网络、企业内部网络、互联网等。路由器会为每个网络分配一个IP地址段，并通过路由表来确定路由器如何转发数据包。
- 数据包转发：路由器根据数据包中的目标IP地址在路由表中查找最佳路径(由路由表实现)，并将数据包转发到目标网络。路由器可以识别和过滤掉恶意的网络流量，从而确保网络的安全性和稳定性。
- NAT技术：路由器使用网络地址转换（NAT）技术，将私有内部IP地址转换为公共IP地址(这个特性使得路由器成为访问外网的关键设备)。这使得路由器可以让多个设备通过单个公共IP地址连接到互联网，并避免了IP地址冲突的问题。
- DHCP服务：路由器可以提供DHCP（动态主机配置协议）服务，自动分配IP地址，子网掩码，网关地址和DNS服务器地址等信息给局域网内连接的设备，从而简化网路配置，提高网络的可用性。
- VPN服务：路由器可以支持虚拟私人网络（VPN），通过加密和隧道技术，将远程用户和分支机构的网络连接到企业总部网络，从而实现远程访问和安全通信。
注意：家用的Wi-Fi通常是属于一种集成了无线接入点（AP）和路由器功能的多功能网络设备，通常被称为无线路由器（Wireless Router）。所以，家用的Wi-Fi可以被看作是同时具备交换机和路由器功能的设备。
作为一个无线路由器，它提供了两个主要功能：
- 交换机功能：无线路由器具备多个以太网端口，可以连接有线设备（如台式电脑、电视机、网络存储设备等）。在局域网中，无线路由器的交换机功能被用于在各种有线设备之间进行通信和数据交换。
- 路由器功能：无线路由器还具备路由器的功能，可以连接不同网络，实现网络间的通信。它使用网络地址转换（NAT）技术，将私有IP地址（在家庭网络中）转换为公共IP地址（在互联网上）。这样，通过无线路由器，连接到Wi-Fi网络的设备可以通过路由器连接到互联网，并与外部网络进行通信。
需要指出的是，每个家用网络环境可能配置不同的设备，所以具体使用的网络设备可能会有所不同。有些家庭可能使用独立的交换机和路由器，而不是集成的无线路由器。但在典型的家用环境中，无线路由器是一种常见的设备，它提供了无线连接和路由功能的一体化解决方案。
内网访问外网原理
假设有一台内网主机的IP地址为192.168.1.10，想要访问外网上的一个Web服务器，其公网IP地址为203.0.113.1，Web服务端口为80。
- 内网主机创建数据包：内网主机创建一个数据包，源IP地址为192.168.1.10，源端口号为随机选择的5000，目标IP地址为203.0.113.1，目标端口号为80。
- 网关设备进行NAT转换：数据包经过网关设备后，网关设备会进行NAT转换。它将数据包中的源IP地址和端口号修改为网关的公网IP地址（假设为198.51.100.1）和分配给该连接的唯一端口号（比如1000）。转换后的数据包：源IP地址变为198.51.100.1，源端口号变为1000，目标IP地址和端口号保持不变（203.0.113.1:80）。
- 网关设备将数据包发送到外网：转换后的数据包将被网关设备发送到外网。此时，数据包中的源IP地址为198.51.100.1，源端口号为1000，目标IP地址为203.0.113.1，目标端口号为80。
- 外网服务器收到数据包并返回响应：外网服务器接收到数据包后，按照目标端口号80来处理请求，并生成一个响应数据包。响应数据包中的目标IP地址为198.51.100.1，目标端口号为1000。
- 网关设备进行逆向NAT转换：收到响应数据包的网关设备进行逆向NAT转换，将目标IP地址和端口号还原为内网主机的IP地址和端口号。逆向转换后的数据包：目标IP地址变为192.168.1.10，目标端口号变为5000。
- 网关设备将响应数据包转发到内网：逆向转换后，网关设备将响应数据包发送回内网主机。此时，数据包中的目标IP地址为192.168.1.10，目标端口号为5000。
这样，内网主机成功地收到了响应数据包，并与外网服务器进行了通信。整个过程中，数据包中的源IP地址和端口号以及目标IP地址和端口号都发生了变化，通过NAT转换和逆向NAT转换实现了内网访问外网的功能。
