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  • 分用器 demultiplexer数据链路层设备网桥 Bridge交换机 Switch网络层设备路由器 Router网络层以上家用路由器(网关)一点探究 相关概念 网段 指一个计算机网络中使用同一物理层设备(传输介质,中继器,集线器等)...

    相关概念

    网段

    • 指一个计算机网络中使用同一物理层设备(传输介质,中继器,集线器等)能够直接通讯的那一部分【一个冲突域】
    • 同一网段指的是地址和子网掩码相与得到相同的网络地址

    冲突域(物理分段)

    • 使用同一物理层设备(传输介质,中继器,集线器等)能够直接通讯的一部分

    • 冲突域中的每一个节点都能收到所有的帧(如果同一网段通信,那么自己也会收到)

      • 同一冲突域内通信,主机A向主机B发送一条消息,数据将会随着传输介质发送给冲突域内的每一个主机,主机A也会收到这则消息。
      • 跨冲突域通信,交换机划分了A,B两个冲突域,A中的一个主机向B中某个主机发送一条消息,交换机会把消息转发给B冲突域,B中的每一个主机都会收到这个消息

    广播域

    • 接收同一广播消息的节点的集合。(和上面不同的是,冲突域不管什么消息都会发给每一个结点,广播域只有广播信息/泛洪才会发给每一个结点)

    • 由于许多设备都极易产生广播,所以就有了网桥/交换机,它们不能分割广播域,但是可以进行转发/过滤,只对需要广播的帧进行广播(ARP请求)

    • 广播域内通信

      • 假设交换机划分了A,B两个网段,A中的一个主机向B中某个主机发送一条消息,如果交换机知道B网段对应哪个端口,则定向转发;不知道则转发到每一个端口。最终消息会转发给B网段中的每一个主机

    泛洪

    • 泛洪(Flooding)是交换机和网桥使用的一种数据流传递技术,将从某个接口收到的数据流向除该接口之外的所有接口发送出去。

    • 与广播的区别

      • 广播是交换机所有的端口(包括传入的那个端口)发送消息。
      • 泛洪不包括传入的那个端口

    广播

    • 广播风暴

      • 当广播数据充斥网络无法处理,并占用大量网络带宽,导致正常业务不能运行,甚至彻底瘫痪
      • 第二层网络设备可以解决冲突域问题,(可以过滤一部分的广播数据)但无法解决广播域问题,第三层设备才能解决
    • 第二层广播

      • 也称硬件广播,链路层广播,mac广播,通过链路层协议在以太网上实现的,对该网段内的所有主机进行广播MAC帧,例:ARP请求报文

        • 第二层广播一般不会穿过局域网的边界,假如使用ARP协议找另外一个网段的主机的mac地址,那么路由器是会转发这个ARP请求报文的,也由该路由器返回ARP响应报文
    • 第三层广播

      • 也叫IP广播,IP地址主机号全1,直接广播地址,网络号段上所有的主机都将收到,路由器会转发(如果本机权在该网络号段上的话)

      • 直接广播地址:主机号全1,可用于本地网络,也可以跨网段广播,前提是之间的路由器要开启定向广播功能

      • 受限广播地址:32位全1,受限广播地址,本子网上所有机器都会收到,只会在当前子网上进行广播,路由器不会转发。

      • 三层广播最终是依赖于二层广播的

    网络层以上

    家用路由器(网关)

    网关与默认网关

    • ‘网关’是一个大概念,不具体特指一类产品,只要连接两个不同的网络的设备都可以叫网关;而‘路由器’一般特指能够实现路由寻找和转发的特定类产品,路由器很显然能够实现网关的功能。
    • PC本身不具备路由寻址能力,所以(只要涉及到跨子网通信)PC要把所有的IP包发送到一个默认的中转地址上面进行转发,也就是默认网关。
    • 如果PC的默认网关设置错误,则无法实现跨子网通信,因为帮它跨子网通信的路由器找不着了,但仍然可以和同一个子网下的设备通信(交换机)

    家用路由器和路由器?

    • 家用无线路由器和书上学的路由器不是一个东西,严格来说产品名称应该是家庭网关(事实上这些设备的名称确实是“XX网关”,只是大家习惯称呼它为路由器)可以看作一些功能的集合,路由器功能(NAT地址转换),二层交换机,防火墙,无线AP,DHCP服务器,PPPOE拨号功能。

    具有的功能

    • 课本上“路由器”的功能

      • NAT地址转换

      • 隔离广播域

        • 两个广播域,一个是使用私有地址的LAN网络,一个是WAN口所在的网络
      • 简陋的路由转发功能

        • 家用路由器中没有存放路由表,只是把发给非LAN域的东西统统发给WAN口的网关(ISP的网关)进行转发,确实是简陋的三层转发,但理论上也可以认为没有路由功能
    • 防火墙

      • 根据TCP,UDP的端口号,IP 的协议号,对IP地址进行简单过滤的防火墙

        • 所以把家用路由器归纳为网络层之上设备
    • DHCP

      • 每台设备连接上WIFI后,通过DHCP服务器,动态分配一个内网IP,这个IP是变化的
    • PPPOE拨号

      • 启动路由器,通过PPPOE拨号,获得一个公网IP地址,这个公网IP地址是ISP动态分配的,每次启动路由器是不同的。

        • PPPoE是基于以太网点对点通信协议(广域网),通常我们上网都是需要通过PPPOE拨号上网,虽然现在我们上网似乎用不到,但是其实在路由器或者光猫端还是需要进行PPPOE拨号来连接网络的,因为ISP给了我们一个账号和密码,在首次配置完成后,以后再启动路由器就自动拨号上网了,但如果家里只有猫,没有路由器的话,那么每次上网都需通过电脑上的“宽带连接“,然后输入账号密码
    • 无线AP

      • 作为一个无线网络的接入点,即WIFI功能
    • 数模转换

      • 如果是光纤入户,家用路由器承担一个数模转换的功能

    网络层设备

    路由器 Router

    • 路由器是一种具有多个输入端口和多个输出端口的专用计算机,其任务是转发分组。 从路由器某个输入端口收到的分组,按照分组要去的目的地(即目的网络〉,把该分组从路由器的某个合适的输出端口转发给下一跳路由器。下一跳路由器也按照这种方法处理分组, 直到该分组到达终点为止。路由器的转发分组正是网络层的主要工作
    • 路由器有多个端口,每个端口都有一个IP地址,连接本局域网的端口会占据本局域网内的一个私有地址,我们可以认为这个地址就是默认网关

    路由器的功能

    • 划分广播域,抑制广播风暴

    • 连接异构网络

      如果一个存储转发设备实现了某个层次的功能,那么它就可以互联两个在该层次上使用不同协议的网段(网络)。如果网桥实现了物理层和数据链路层,那么网桥可以互联两个物理层和数据链路层不同的网段;但中继器实现了物理层后,却不能互联两个物理层不同的网段,这是因为中继器不是存储转发设备,它属于直通式设备。

    • 转发基于目的IP地址的数据包

    • 通过路由选择算法决定最优路径

    • 支持多种网络层协议,提供不同协议之间的分组转发

    路由器的构成

    • 路由选择(控制部分)

      • 路由选择处理机
      • 路由选择协议
      • 路由表
    • 分组转发

      • 交换结构
      • 输入端口
      • 输出端口

    路由表与转发表

    ”转发“是指路由器根据转发表把收到的IP数据报从路由器合适的端口转发出去,仅涉及到一个路由器

    ”路由“,即“路由选择”,涉及到很多路由器,路由表是许多路由器按照复杂的路由算法协同工作的结果

    转发表

    • 转发表是从路由表得出的
    • 转发表的结构应使查找过程最优
    • 转发表则可用特殊的硬件来实现
    • 表项
      • 目的IP地址
      • 下一跳地址(MAC地址)

    路由表

    • 路由表总是用软件实现的

    • 路由表需对网络拓扑变化的计算最优化

    • 表项

      • 目的网络IP地址
      • 子网掩码
      • 下一跳IP地址
      • 接口

    数据链路层设备

    网桥 Bridge

    根据MAC帧的目的地址对帧进行转发和过滤

    网桥接收网段1发送的数据帧,检查数据帧中的地址,如果是网段2的地址,那么就转发给网段2【转发功能】;如果是网段1的地址,那么就将其丢弃【过滤功能】,因为源站和目的站处在同一个网段,目的站能够直接收到这个帧而不需要借助网桥转发。

    交换机 Switch

    也叫交换式集线器,本质上说,交换机是一个多端口网桥,但也有一些不同

    工作过程

    • 从端口x收到无差错的帧,如果MAC地址表中没有源MAC地址,就将键值对(源MAC地址,x)写入MAC地址表中。

    • 交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较,以决定由哪个端口进行转发。

      • 如数据帧中的目的MAC地址在MAC地址表中,则向该MAC地址所对应的端口转发。

      • 如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中,则向所有端口转发(不包括进入的接口)。这一过程称之为泛洪(flood)。

        因为采用的是泛洪,所以像(3.3)的情况,在全网交换机走一遍后,大家把它的【MAC地址,端口】记下来后,这个帧就不会有交换机再转发了。下一次,第一个交换机也就知道,该帧是同一网段内,无需转发

      • 如MAC地址表中查到的端口与x相同,则丢弃该帧。

    • 广播帧和组播帧向所有的端口转发。

    工作特性

    • 交换机不隔绝广播,划分了VLAN的交换机隔离广播域(跨网段需要路由器进行通信)
    • 交换机依据帧头的信息进行转发,因此说交换机是工作在数据链路层的网络设备
    • 一般都工作在全双工方式

    交换机的分类

    • 存储转发

      • 转发之前必须接收整个帧,存入高速缓存,并进行检错,如无错误再将这一帧发向目的地址。
    • 直通式

      • 交换机只需要打开帧头中的目的地址(6B)就立即转发该帧

    物理层设备

    中继器 Repeater

    扩展网络距离,将衰减的数字信号经过再生放大(再生放大,而非简单放大)

    • 使用中继器相联的主机属于同一冲突域,共享带宽

    • 中继器两端可以连接不同传输媒体(物理链路)

    • 中继器不具有存储转发功能,所以中继器不能连接两个速率不同的网段。(百科上写的不对)

      如果一个存储转发设备实现了某个层次的功能,那么它就可以互联两个在该层次上使用不同协议的网段(网络)。如网桥实现了物理层和数据链路层,那么网桥可以互联两个物理层和数据链路层不同的网段;但中继器实现了物理层后,却不能互联两个物理层不同的网段,这是因为中继器不是存储转发设备,它属于直通式设备。

    • 互相串联的中继器不能超过4个,且遵循“5-4-3”原则

    放大器 amplifier

    • 中继器再生数字信号,相应的对于模拟信号传输,使用放大器(amplifier)放大衰减的信号

    集线器 Hub

    又叫多端口转发器,实质上是一个多端口中继器,也是对接收到的信号进行再生整形放大(重点是再生),从除输入端口外的把所有端口广播出去

    • 半双工通信

    • 共享带宽

    • 物理上星型,逻辑上总线(一般只说拓扑结构指的是物理结构)

    调制解调器 Modem

    俗称“猫”,计算机内的信息是由“0”和“1”组成数字信号,而在电话线上传递的却只能是模拟电信号。于是,当两台计算机要通过电话线进行数据传输时,就需要一个设备负责数模的转换。

    复用器 multiplexer & 分用器 demultiplexer

    在复用器和分用器之间是用户共享的高速信道(多路复用)。分用器的作用正好和复用器相反,它把高速信道传送过来的数据进行分用,分别送交到相应的用户

    一点探究

    关于游戏开挂封IP

    • 因为之前有看到过“开挂导致网吧被封IP”的说法,对我们而言,使用PPPOE拨号上网,每次启动路由器IP就不一样了,封了根本不能影响任何操作,重启下路由器就行了,根据mac地址封倒是可行,不知道技术上是否可行。
    • 而对于网吧,独立带宽专线,用的外网IP一般是固定不变的【好像是国家规定】,但是服务器并不知道IP是固定的还是动态所以从我现在的知识角度可以判断,网上传的“开挂封IP导致一个网吧玩不了”是不太可能的,倒是开挂被打可能性更大。

    关于根据IP地址定位

    • 其实仔细想下,这本是应该只有ISP有,ISP根据某个IP地址的上线时间,查找该时间IP地址分配给的宽带账号,这个账号关联了注册时的家庭地址和身份信息。“黑客通过IP地址详细定位“,目前我的知识水平理解不了
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  • 各层网络设备的总结

    2019-10-04 15:57:40
    // 该笔记仅为学习记录 1. 物理 1. 中继器 在两个节点之间,将信号放大传输 2. 集线器 集线器就是有多个端口的中继器 2. 数据链路 1. 网桥 连接两个局域网之间的桥梁,可以隔离安全网段...3. 网络层 1. 路由器 ...

    // 该笔记仅为学习记录

    层次 设备
    物理层 中继器,集线器,放大器
    数据链路层 网桥,局域网交换机,无线 AP
    网络层 路由器
    网络层以上 网关

    1. 物理层

    1. 中继器

    1. 在两个节点之间,将信号放大传输,确切的说是再生,而不是放大
    2. 加强基带信号,用于传输数字信号
    3. 中继器可以减少失真

    2. 集线器

    1. 集线器就是有多个端口的中继器
    2. 集线器不隔离冲突域,也就是说,任何进入的数据都会被其从所有端口(除了进来的那个端口)转发
    3. 集线器的带宽需要除以连接在上面的主机的个数,交换机不用

    3. 放大器

    1. 加强宽带信号,用于传输模拟信号
    2. 使用放大器同时也会放大噪声,引起失真

    2. 数据链路层

    1. 可以隔离冲突域,但不能隔离广播域
    2. 利用物理地址转发

    1. 网桥

    1. 连接两个局域网之间的桥梁
    2. 可以隔离安全网段
    3. 可以互联异构网络
    4. 扩大物理范围

    网桥根据目的MAC地址进行转发。具有过滤功能,也就是说当网桥收到一个帧,不是向所有端口转发,而是根据目的MAC地址,选择端口进行转发。

    2. 局域网交换机

    1. 多端口的网桥,用局域网交换机实现的 VLAN 可以隔离冲突域和广播域
    2. 交换机的带宽不会因为端口结点数目的增加而减少,反而总带宽随着结点的增加而增加。比如,共享式以太网中若有 n 个用户,则每个用户的平均带宽只有 1/n,而使用以太网交换机,则可以达到 n 倍的带宽。
    3. 因为工作在数据链路层,所以使用物理地址进行转发
    4. 加入交换机连接 10Mb/s 的以太网,针对 10 个用户。在半双工下,每个用户速率为 10Mb/s,在全双工下,每个用户速率为 20Mb/s。
    5. 数据帧进入交换机,交换机要进行自学习(记录帧的源MAC地址和进入的端口)转发(见下方)

    转发
    6. 首先查找转发表中的条目
    7. 如果有明确的条目,且进入端口和转发端口不同,则从转发端口转发
    8. 如果有明确的条目,但进入端口和转发端口相同,则丢弃
    9. 如果没有明确的条目,则从所有端口(除进入端口外)泛洪转发

    两种交换模式
    10. 直通式,交换机此时只检查帧的目的地址
    11. 存储专发式

    多路复用方式
    交换机采用统计时分复用

    3. 无线 AP

    百度百科

    3. 网络层

    可以隔离冲突域和广播域

    1. 路由器

    1. 路由器的传输时延是这些网络设备中最大的,因为要进行选择分组
    2. 用于连接不同的局域网,广域网,提供路由选择和分组转发的功能
    3. 路由器连接异构网络的含义:即物理层,数据链路层和网络层的协议可以不同,但网络层之上的协议必须相同

    2. 第三层交换机

    1. 定义:一个带有第三层路由功能的第二层交换机(带有路由功能的交换机)
    2. 特点:采用硬件实现对报文和路由的转发,同时采用快速背板交换技术,提高了关键结点的处理速度(效率比传统的路由器高)

    4. 网络层之上

    1. 网关

    可以实现网络层以上的网络互连

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  • 网络层设备4.网关 写在前面:我在复习过程中整理的面试系列文章,全部免费分享给大家,适合保研和考研,需要的请移步我的个人原创gong主号:程序员宝藏(号如其名,诚不欺你),回复关键字:复试上岸,即可获取! ...

    写在前面:我在复习过程中整理的面试系列文章,全部免费分享给大家,适合保研和考研,需要的请移步我的个人原创gong主号:程序员宝藏(号如其名,诚不欺你),回复关键字:复试上岸,即可获取!
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    正文开始

    1.物理层设备

    一、中继器

    • 中继器又称转发器,主要功能是将信号整形并放大再转发出去,以消除信号经过一长段电缆后,因噪声或其他原因而造成的失真和衰减,使信号的波形和强度达到所需要的要求,进而扩大网络传输的距离。其原理是信号再生(而非简单地将衰减的信号放大)。中继器有两个端口,数据从一个端口输入,再从另一个端口发出。端口仅作用于信号的电气部分,而不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据。

    • 中继器是局域网环境下用来扩大网络规模的最简单、最廉价的互联设备。使用中继器连接的几个网段仍然是一个局域网。一般情况下,中继器的两端连接的是相同的媒体,但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。但由于中继器工作在物理层,因此它不能连接两个具有不同速率的局域网。中继器两端的网络部分是网段,而不是子网。中继器若出现故障,对相邻两个网段的工作都将产生影响。

    • 从理论上讲,中继器的使用数目是无限的,网络因而也可以无限延长。但事实上这不可能,因为网络标准中对信号的延迟范围做了具体的规定,中继器只能在此规定范围内进行有效的工作.否则会引起网络故障。

    【小知识】在采用粗同轴电缆的10BASE5 以太网规范中,互相串联的中继器的个数不能超过4 个,而且用4 个中继器串联的5 段通信介质中只有3 段可以挂接计算机,其余两段只能用作扩展通信范围的链路段,不能挂接计算机。这就是所谓的"5-4-3 规则”。

    【注意】:放大器和中继器都起放大作用,只不过放大器放大的是模拟信号,原理是将衰减的信
    号放大,而中继器放大的是数字信号,原理是将衰减的信号整形再生。如果某个网络设备具有存
    储转发的功能,那么可以认为它能连接两个不同的协议,如果该网络设备没有存储转发功能,那
    么认为它不能连接两个不同的协议。中继器是没有存储转发功能的,因此它不能连接两个速率不
    同的网段,中继器两瑞的网段一定要使用同一个协议。


    二、集线器

    • 集线器(Hub) 实质上是一个多端口的中继器,它也工作在物理层。当Hub工作时,一个端口接收到数据信号后,由于信号在从端口到Hub 的传输过程中已有衰减,所以Hub便将该信号进行整形放大,使之再生(恢复)到发送时的状态,紧接着转发到其他所有(除输入端口外)处于工作状态的端口。如果同时有两个或多个端口输入,那么输出时会发生冲突,致使这些数据都无效。从Hub 的工作方式可以看出,它在网络中只起信号放大和转发作用,目的是扩大网络的传输范围,而不具备信号的定向传送能力,即信号传输的方向是固定的,是一个标准的共享式设备。

    • Hub 主要使用双绞线组建共享网络,是从服务器连接到桌面的最经济方案。在交换式网络中,Hub 直接与交换机相连,将交换机端口的数据送到桌面上。使用Hub 组网灵活,它把所有结点的通信集中在以其为中心的结点上,对结点相连的工作站进行集中管理,不让出问题的工作站影响整个网络的正常运行,并且用户的加入和退出也很自由。

    • 由Hub组成的网络是共享式网络,但逻辑上仍是一个总线网。Hub的每个端口连接的网络部分是同一个网络的不同网段。同时Hub也只能在半双工状态下工作,网络的吞吐率因而受到限制。

    【注意】:多台计算机必然会发生同时通信的情形,因此集线器不能分割冲突域,所有集线器的端口都属于同一个冲突域。集线器在一个时钟周期中只能传输一组信息,如果一台集线器连接的机器数目较多,且多台机器经常需要同时通信,那么将导致信息碰撞,使得集线器的工作效率很差。比如,一个带宽为l0Mb/s 的集线器上连接了8 台计算机,当这8 台计算机同时工作时,每台计算机真正所拥有的带宽为10/8Mb/s = l.25Mb/s 。

    2.数据链路层设备

    一、网桥的概念及其基本原理

    • 两个或多个以太网通过网桥连接后,就成为一个覆盖范围更大的以太网,而原来的每个以太网就称为一个网段。网桥工作在链路层的MAC子层,可以使以太网各网段成为隔离开的冲突域。如果把网桥换成工作在物理层的转发器,那么就没有这种过滤通信量的功能。由于各网段相对独立,因此一个网段的故障不会影响到另一个网段的运行。

    【注意】:网桥处理数据的对象是帧,所以它是工作在数据链路层的设备,中继器、放大器处理数据的对象是信号,所以它是工作在物理层的设备。

    • 网络l和网络2 通过网桥连接后,网桥接收网络l发送的数据帧,检查数据帧中的地址,如果是网络2的地址,那么就转发给网络2; 如果是网络l的地址,那么就将其丢弃,因为源站和目的站处在同一个网段,目的站能够直接收到这个帧而不需要借助网桥转发。

    • 如图所示,设每个网段的数据率都是l0Mb/s, 那么三个网段合起来的最大吞吐量就变成了30Mb/s 。如果把两个网桥换成集线器或转发器,那么整个网络仍然是一个碰撞域(即冲突域),当A 和B 通信时,所有其他站点都不能通信,整个碰撞域的最大吞吐量仍然是l0Mb/s 。

    【网桥的基本特点】:1)网桥必须具备寻址和路径选择能力,以确定帧的传输方向;2)从源网络接收帧,以目的网络的介质访问控制协议向目的网络转发该帧;3)网桥在不同或相同类型的LAN之间存储并转发帧,必要时还进行链路层上的协议转换。【注意】,一般情况下,存储转发类设备都能进行协议转换,即连接的两个网段可以使用不同的协议;4)网桥对接收到的帧不做任何修改,或只对帧的封装格式做很少的修改;5)网桥可以通过执行帧翻译互联不同类型的局域网,即把原协议的信息段的内容作为另一种协议的信息部分封装在帧中;6)网桥应有足够大的缓冲空间,因为在短时间内帧的到达速率可能高于转发速率。

    【网桥的优点】:1)能过滤通信量;2)扩大了物理范围;3)可使用不同的物理层;4)可互联不同类型的局域网;5)提高了可靠性和性能

    【网桥的缺点】:1)增大了时延(存储转发)2)MAC子层没有流量控制功能(流量控制要用到编号机制,编号机制的实现在LLC子层)3)不同的MAC子层的网段桥接在一起时,需要进行帧格式的转换4)网桥只适合用户数不多和通信量不大的局域网,否则有时还会因传播过多的广播信息而产生网络拥塞,这就是所谓的网络风暴

    【网桥的分类】:根据路径选择算法的不同,可将网桥分为透明网桥和源路由网桥。前者选择的不是最佳路由,后者选择的是最佳路由。

    二、局域网交换机及其工作原理

    1、局域网交换机

    桥接器的主要限制是在任一时刻通常只能执行一个帧的转发操作,于是出现了局域网交换
    机,又称以太网交换机。从本质上说,以太网交换机是一个多端口的网桥,它工作在数据链路层。交换机能经济地将网络分成小的冲突域,为每个工作站提供更高的带宽。以太网交换机对工作站是透明的,因此管理开销低廉,简化了网络结点的增加、移动和网络变化的操作。

    2、原理

    以太网交换机的原理是,它检测从以太端口来的数据帧的源和目的地的MAC (介质访问层)
    地址,然后与系统内部的动态查找表(自学习)进行比较,若数据帧的MAC 地址不在查找表中,则将该地址加入查找表,并将数据帧发送给相应的目的端口。

    3、特点

    以太网交换机的特点如下:

    1. 以太网交换机的每个端口都直接与单台主机相连(普通网桥的端口往往连接到以太网的一个网段),并且一般都工作在全双工方式。
    2. 以太网交换机能同时连通许多对端口,使每对相互通信的主机都能像独占通信媒体那样,无碰撞地传输数据。
    3. 以太网交换机也是一种即插即用设备(和透明网桥一样),其内部的帧的转发表也是通过自学习算法自动地逐渐建立起来的。
    4. 以太网交换机由于使用了专用的交换结构芯片,因此交换速率较高。
    5. 以太网交换机独占传输媒体的带宽。

    对于普通l0Mb/s 的共享式以太网,若共有N 个用户,则每个用户占有的平均带宽只有总带
    宽(l0Mb/s) 的1/N。在使用以太网交换机时,虽然从每个端口到主机的带宽还是l0Mb/s, 但由于一个用户在通信时是独占而不是和其他网络用户共享传输媒体的带宽,因此拥有N 对端口的交换机的总容量为N*10Mb/s 。这正是交换机的最大优点。

    以太网交换机一般都具有多种速率的端口,例如可以具有l0Mb/s 、l00Mb/s 和lGb/s 的端口的各种组合,因此大大方便了各种不同情况的用户。

    4、两种交换模式

    目前,以太网交换机主要采用两种交换模式,即直通式和存储转发式。

    1. 直通式交换机只检查帧的目的地址,这使得帧在接收后几乎能马上被传出去。这种方式速度快,但缺乏智能性和安全性,也无法支持具有不同速率的端门的交换。
    2. 存储转发式交换机先将接收到的帧缓存到高速缓存器中,并检查数据是否正确,确认无误后通过查找表转换成输出端口将该帧发送出去。如果发现帧有错,那么就将其丢弃。存储转发式的优点是可靠性高,并能支持不同速率端口间的转换,缺点是延迟较大。

    3.网络层设备

    路由器的组成和功能

    路由器是一种具有多个输入/输出端口的专用计算机,其任务是连接不同的网络(连接异构网络)并完成路由转发。在多个逻辑网络(即多个广播域)互联时必须使用路由器。

    当源主机要向目标主机发送数据报时,路由器先检查源主机与目标主机是否连接在同一个网
    络上。如果源主机和目标主机在同一个网络上,那么直接交付而无须通过路由器。如果源主机和目标主机不在同一个网络上,那么路由器按照转发表(路由表)指出的路由将数据报转发给下一个路由器,这称为间接交付。可见,在同一个网络中传递数据无须路由器的参与,而跨网络通信必须通过路由器进行转发。例如,路由器可以连接不同的LAN, 连接不同的VLAN, 连接不同的WAN, 或者把LAN 和WAN 互联起来。路由器隔离了广播域。

    从结构上看,路由器由路由选择和分组转发两部分构成,如图所示:

    而从模型的角度看,路由器是网络层设备,它实现了网络模型的下三层,即物理层、数据链路层和网络层。

    【注意】如果一个存储转发设备实现了某个层次的功能,那么它就可以互联两个在该层次上使用不同协议的网段(网络)。如果网桥实现了物理层和数据链路层,那么网桥可以互联两个物理层和数据链路层不同的网段;但中继器实现了物理层后,却不能互联两个物理层同的网段,这是因为中继器不是存储转发设备,它属于直通式设备。

    路由选择部分也称控制部分,其核心构件是路由选择处理机。路由选择处理机的任务是根据
    所选定的路由选择协议构造出路由表,同时经常或定期地和其他相邻路由器交换路由信息而不断更新和维护路由表。

    分组转发部分由三部分组成:交换结构、一组输入端口和一组输出端口。输入端口在从物理
    层接收到的比特流中提取出链路层帧,进而从帧中提取出网络层数据报,输出端口则执行恰好相反的操作。交换结构是路由器的关键部件,它根据转发表对分组进行处理,将某个输入端口进入的分组从一个合适的输出端口转发出去。有三种常用的交换方法:通过存储器进行交换、通过总线进行交换和通过互联网络进行交换。交换结构本身就是一个网络。

    路由器和网桥的重要区别是:网桥与高层协议无关,而路由器是面向协议的,它依据网络地
    址进行操作,并进行路径选择、分段、帧格式转换、对数据报的生存时间和流量进行控制等。现今的路由器一般都提供多种协议的支持,包括OSI 、TCP/IP 、IPX 等。


    路由表与路由转发

    1. 路由表是根据路由选择算法得出的,主要用途是路由选择。一般标准的路由表有4 个项目:目的网络IP 地址、子网掩码、下一跳IP 地址、接口。在如图所示的网络拓扑中,Rl的路表见表, 该路由表包含到互联网的默认路由。

    1. 转发表是从路由表得出的,其表项和路由表项有直接的对应关系。但转发表的格式和路由表的格式不同,其结构应使查找过程最优化(而路由表则需对网络拓扑变化的计算最优化)。转发表中含有一个分组将要发往的目的地址,以及分组的下一跳(即下一步接收者的目的地址,实际为MAC 地址)。为了减少转发表的重复项目,可以使用一个默认路由代替所有具有相同“下一跳”的项目,并将默认路由设置得比其他项目的优先级低,如图所示。路由表总是用软件来实现的;转发表可以用软件来实现,甚至也可以用特殊的硬件来实现。

    【注意】转发和路由选择的区别:“转发”是路由器根据转发表把收到的IP 数据报从合适的端口转发出去,它仅涉及一个路由器。而“路由选择”则涉及很多路由器,路由表是许多路由器协同工作的结果。这些路由器按照复杂的路由算法,根据从各相邻路由器得到的关于网络拓扑的变化情况,动态的改变所选择的路由,并由此构造出整个路由表。

    4.网关

    大家都知道,从一个房间走到另一个房间,必然要经过一扇门。同样,从一个网络向另一个网络发送信息,也必须经过一道“关口”,这道关口就是网关。顾名思义,网关(Gateway) 就是一个网络连接到另一个网络的“关口”。也就是网络关卡。

    网关(Gateway)又称网间连接器、协议转换器。默认网关在网络层上以实现网络互连,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。网关的结构也和路由器类似,不同的是互连层。网关既可以用于广域网互连,也可以用于局域网互连。

    【说明】:由于历史的原因,许多有关TCP/IP的文献曾经把网络层使用的路由器称为网关,在今天很多局域网采用都是路由来接入网络,因此通常指的网关就是路由器的IP!

    在OSI中,网关有两种:一种是面向连接的网关,一种是无连接的网关。当两个子网之间有一定距离时,往往将一个网关分成两半,中间用一条链路连接起来,我们称之为半网关。

    按照不同的分类标准,网关也有很多种。TCP/IP协议里的网关是最常用的,在这里我们所讲的“网关”均指TCP/IP协议下的网关。

    那么网关到底是什么呢?网关实质上是一个网络通向其他网络的IP地址。比如有网络A和网络B,网络A的IP地址范围为“192.168.1.1~192. 168.1.254”,子网掩码为255.255.255.0;网络B的IP地址范围为“192.168.2.1~192.168.2.254”,子网掩码为255.255.255.0。在没有路由器的情况下,两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的,即使是两个网络连接在同一台交换机(或集线器)上,TCP/IP协议也会根据子网掩码(255.255.255.0)与主机的IP 地址作 “与” 运算的结果不同判定两个网络中的主机处在不同的网络里。而要实现这两个网络之间的通信,则必须通过网关。如果网络A中的主机发现数据包的目的主机不在本地网络中,就把数据包转发给它自己的网关,再由网关转发给网络B的网关,网络B的网关再转发给网络B的某个主机。

    所以说,只有设置好网关的IP地址,TCP/IP协议才能实现不同网络之间的相互通信。那么这个IP地址是哪台机器的IP地址呢?网关的IP地址是具有路由功能的设备的IP地址,具有路由功能的设备有路由器、启用了路由协议的服务器(实质上相当于一台路由器)、代理服务器(也相当于一台路由器)。

    网关也被称为 IP路由器。

    【举个栗子】:
    假设你的名字叫小不点(很小),你住在一个大院子里,你的邻居有很多小伙伴,父母是你的网关。当你想跟院子里的某个小伙伴玩,只要你在院子里大喊一声他的名字,他听到了就会回应你,并且跑出来跟你玩。
    但是你家长不允许你走出大门,你想与外界发生的一切联系,都必须由父母(网关)用电话帮助你联系。假如你想找你的同学小明聊天,小明家住在很远的另外一个院子里,他家里也有父母(小明的网关)。但是你不知道小明家的电话号码,不过你的班主任老师有一份你们班全体同学的名单和电话号码对照表,你的老师就是你的DNS服务器。
    于是你在家里和父母有了下面的对话:
    小不点:妈妈(或爸爸),我想找班主任查一下小明的电话号码行吗?
    家长:好,你等着。(接着你家长给你的班主任挂了一个电话,问清楚了小明的电话)问到了,他家的号码是211.99.99.99
    小不点:太好了!妈(或爸),我想找小明,你再帮我联系一下小明吧。
    家长:没问题。(接着家长向电话局发出了请求接通小明家电话的请求,最后一关当然是被转接到了小明家家长那里,然后他家长把电话给转到小明).
    就这样你和小明取得了联系。

    如果搞清了什么是网关,默认网关也就好理解了。就好像一个房间可以有多扇门一样,一台主机可以有多个网关。默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关,就把数据包发给默认指定的网关,由这个网关来处理数据包。默认网关。默认网关一般填写192.168.x.1

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  • 中继器工作在OSI的一物理,我们知道,超5类线的传输距离最大为100米,超过这个距离信号就会衰减,中继器就是为了防止信号变差,将网络信号进行再生和重定时。 二、集线器(Hub) 集线器的特性与中继器相似,...

    一、中继器(Repeater)

      中继器工作在OSI的一层物理层,我们知道,超5类线的传输距离最大为100米,超过这个距离信号就会衰减,中继器就是为了防止信号变差,将网络信号进行再生和重定时。

    二、集线器(Hub)

      集线器的特性与中继器相似,工作在一层物理层,它相当于多端口的中继器。它将连接到端口的计算机组成一个局域网,他会将数据广播到其它所有连接到端口的计算机上,每台计算机检查自己的MAC地址符不符合目标地址,不符合就不接收数据。由于集线器发送数据的特点导致了数据的不安全,另外集线器不允许多路同时通信,如果两台电脑同时向集线器发数据,集线器会向所有设备发送冲突信息。集线器属于早期网络设备,它只是将数据信号放大并进行傻瓜式的群发,并不认识地址或数据中的任何信息,现在基本上被交换机所替代。

    三、交换机(Switch)

      交换机解决了集线器的缺点,它根据数据MAC地址只将数据发送到目标计算机,而且可以多路同时通信。所以说交换机比集线器聪明了,因为它工作在OSI的第二层数据链路层,它可以知道数据帧的MAC地址。

      现在有了三层交换机。

    四、路由器(Router)

      路由器产生于交换机之后,它与集线器、交换机的作用有明显区别,它能够将整个互联网络分割成逻辑上独立的网络单位,为经过路由器的IP数据报寻找一条最佳的传输路径,将该数据传送到目的点。路由器工作在OSI的三层网络层,所以能够跨越不同的物理网络类型(以太网、FDDI等)。

      路由器可以隔离广播风暴而交换机不能。

    五、网关(Gateway)

      网关是指连接两个不同的网络(不同网段或不同接口协议类型)的设备,所以它又称网间连接器、协议转换器。网关不特指某一种设备,路由器很显然能够实现网关的功能,三层交换机、防火墙、服务器等也可以作为网关来使用。

      在没有路由器的情况下,两个网络之间是不能进行TCP/IP通信的,因为PC和二层交换机不具备路由寻址能力,要实现这两个网络之间的通信,则必须通过网关。一台主机可以有多个网关,默认网关的意思是一台主机如果找不到可用的网关,就把数据包发给默认指定的网关,由这个网关来转发数据包,所以一般在计算机上我们将路由器地址设为默认网关。

    六、家用路由器

     家用路由器跟我们计算机网络中所说的路由器还是有很大区别的, 一般计算机网络中说的路由器只负责数据路由(决定哪里收的数据包要发到哪里,要不要扔掉),其他功能由专门的设备来另外处理。

     现在的家用路由器集合了Router + Switch + NAT + DHCP服务器 + PPPoE客户端 + Firewall + 无线AP等功能为一体。

     1、家用路由器现在大都提供了switch的功能,所以可以拿来当交换机来使用。如下所示一个家庭路由器和一台交换机组成了一个11 LAN(包括路由器)的本地网络,如果用路由器替换交换机的话,只需将路由器的LAN口来当做交换机的端口来使用(有的可能还需要登陆路由器设置页面将DHCP设置为不启用)。

        

      2、NAT是为了解决IPV4类IP地址稀少的问题而诞生的,它使得若干个私有地址能够共用一个internet公网地址,并且他把内部地址对外隐藏起来,具有安全性。

          在最初的Internet体系结构中,每个主机都有一个全局的唯一IP地址,能够直接相互通信,而现在的Internet是由一个全局地址空间和许多私有地址空间组成。一个内网的计算机想与外界进行通信的话,NAT会随机分配一个未使用的端口号,并在路由器的路由表中与内网计算机形成一一映射关系 ,即 [内网IP+端口号] 转换为[公网IP+NAT分配的端口号],NAT将内网计算机向外发送的IP数据报里填充[公网IP+端口号],而在收到外面的IP数据包后,NAT根据端口号,进行比对路由表映射,看是哪个内网主机的数据包,将数据包发给相应的内网计算机。

       上面所说的端口映射是动态的,即当有连接的时候NAT自动分配端口,当连接关闭时,NAT会释放分配给这条连接的端口,以便以后的连接可以继续复用。还有一种静态端口映射,就是在NAT上开放一个固定的端口,然后设置此端口收到的数据要转发给内网哪个IP和端口,不管有没有连接,这个映射关系都会一直存在,这样就可以让公网主动访问内网的一个电脑。 使用动态端口映射只能是内网计算机主动去连接外网,然后二者再进行通信,外网中的计算机是无法主动连接内网计算机进行通信的,这就导致产生了P2P通信技术。

        家庭无线路由器提供自动NAT功能,当内网主机发送的数据到达Router时,路由器会根据NAT策略将私网IP转换为PPP拨号分配的IP,然后再发到Internet上。

      3、DHCP是动态主机配置协议的简称,它是一个局域网的网络协议,使用UDP,属于应用层协议,主要作用是给内部网络自动分配内网IP地址,路由器出口地址(网关)、DNS域名服务器地址等。

         DHCP协议采用客户端/服务器模型,普通电脑中都内置有DHCP客户端模块, 电脑接上网络后,DHCP客户端发现新连通的网络,会在该网络上找DHCP服务器,DHCP服务器将给电脑提供合理的网络配置,并把设置信息传回本机。现在的家用路由器集成了DHCP服务器功能,在我们电脑的网络设置中如果设置的是“自动获得IP地址”和“自动获得DNS服务器地址”那么使用的就是DHCP服务器发回来的设置。

      4、PPPOE虚拟拨号方式是ISP运营商方便有效地完成对用户的管理一种认证技术,通过pppoe协议,可以使以太网的主机通过一个简单的桥接设备连到一个远端的接入集中器上,远端接入设备能够实现对每个接入用户的控制和计费。

      5、无线AP:AP是Access Point的简称,无线AP即无线接入点,俗称“热点”。

    转载自 一点一滴成长,原文链接:https://www.cnblogs.com/milanleon/p/6894990.html

    转载于:https://www.cnblogs.com/zyh0430/p/11168002.html

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