常见的网络设备及简单工作原理

常见网络设备

  • 物理层
    • 中继器
    • 集线器
    • 调制解调器(猫)
  • 数据链路层
    • 网卡
    • 网桥
    • 交换机
  • 网络层
    • 路由器
  • 网络层以上
    • 网关

物理层

OSI七层模型的最底层,建立物理上的连接(双绞线、同轴电缆、
光纤等传输介质),数据以比特流的形式转播。

中继器

随着传输距离的越远,经过从传输介质就越长,信号会越来越弱。

原理是在比特级别对网络信号进行再生和放大。从而扩大数据在网络中的传输距离。
特点:信号再生和放大,从而扩大传输距离。比特级数据传输

集线器

相当于一个拥有多个端口的中继器。

原理:与中继器类似,都有对信号再生和放大的作用,同时集线器可以将信号转发给每一个端口
特点:多端口的中继器,对信号再生、放大,并且转发到多有端口。

调制解调器(猫)

调制解调器,分为调制和解调两个阶段;
调制:将计算机产生的数字信号(010101),转换成通过电话线路传输的模拟信号(电信号)
解调:将模拟信号(电信号)转换成数字信号(010101)

数字信号为了在传输过程中能够抗干扰,需要通过调制解调器将数字信号转变为模拟信号进行传输。

数据链路层

特点:封装成帧、透明传输、差错检测;
数据以数据帧的形式传输。(同层之间)
  • 将高层网络层数据包封装成数据帧,增加首部,尾部
  • 帧同步 从物理层的比特流中识别出数据帧

网卡

    有线网卡、无线网卡;网卡是第二层数据链路层的设备,世界上的每一块网卡
都带有称为介质访问控制(MAC)的唯一编码。

功能:1、完成计算机与电缆系统的物理连接。
2、要根据所采用的介质访问控制(MAC)协议实现数据帧的封装和拆封,以及差错校验和相应的数据通信管理。

网桥

当我们使用集线器时,多个集线器连接在一起,但是由于是广播通信,互相冲突,所以我们现在需要一种设备,能够有效隔离子网。让广播通信仅仅在于一个局部。

功能:连接相同协议的局域网,实现网络的分段。
常见的网络设备及简单工作原理_第1张图片
把一个局域网一分为2,中间用网桥连接,这样A发给BCD的数据就不会再广播到EFGH了。
网桥的工作原理:
1、 当数据帧沿着网络介质到达时,网桥会将该帧中携带的目的MAC地址与包含在它的MAC地址表进行比较

2、 如果网桥断定数据帧的目的MAC地址与源的MAC地址在同一分段,那么它就不会将改数据帧转发到其他网络分段,即为过滤

3、 如果网桥断定数据帧的目的MAC地址与源的MAC地址不在同一分段,则把它转发到另一个网络分段

4、 如果目的MAC地址是网桥所不知道的,则把该数据帧广播到网络中除发送该帧的设备以往的所有设备上。这个过程称为泛洪

冲突域:在以太网中,如果某个CSMA/CD网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突,那么这个CSMA/CD网络就是一个冲突域。增加冲突域可以减小冲突现象的发生

交换机

由于网桥只有两个端口,只能同时有一条通信线路。但是随着网络设备的发展,网桥无法满足多用户之间的通信。(两者对比,网桥就好比独木桥,同时只能有一个人占用通道,而交换机就类似与大桥,可以同时有多个人占用通道)

工作原理:与网桥的工作原理类似;
1、将数据帧中的MAC地址与自己表中的信息进行对比;
2、如果有对应的端口号和目的MAC地址,则将数据祯转发到对应的端口。(单播
3、如果没有对应的端口和目的MAC地址,则将数据祯转发到所有的端口。(广播

网络层

IP数据包的分组转发,通过路由器进行IP寻址和路由选择(之后章节会进行解答IP寻址、路由选择)

常见的网络设备及简单工作原理_第2张图片

路由器

	是OSI七层模型中网络层的主要设备,也是网络结构中关键设备,通过路由器对
异构网络的互联扩大了网络的范围,同时由于路由器路由选择的功能,使得数据能够
通过最短的传输路径到达目的主机。

功能
1、对异构网络进行连接(局域网与局域网、局域网与广域网、广域网与广域网)
2、IP寻址:根据数据包中的目的IP地址,在网络中寻找对应的MAC(物理地址)地址,从而发送数据。(区分是否在同一网段,对照ARP缓存表中的IP地址与MAC地址对应)
3、分组转发:根据数据包中的目的IP地址和源IP地址,将数据包转发到对应的子网或者下一跳路由。

网络层以上

OSI七层模型中的应用层、表示层、会话层、运输层,统称为网络层以上,或高层。

网关

网关是逻辑概念,路由器是物理设备,路由器可以作为网关来使用。路由器是一个设备,
而网关是一个结点(概念层)。应该说:路由器可以实现网关的功能。另外,
网关的功能还可以由局域网中一台双网卡的机器(其中一块网卡接入广域网)来实现。

功能:与路由器相似,1、网络互联;2、协议转换
网关是一种概念产物,路由器是网关的具体实现。
自己理解:通过网关,知道网段的入口(起始IP地址),从而使路由器知道,将不同目的地址的IP数据包发送给哪个网关(网段);(这段属于自己理解,欢迎指正)

难点:各网络设备的区别。
中继器:弱信号再生,增大传输距离。只能是一端到另一端;
集线器:弱信号再生,增大传输距离,同时,可以支持将信号向多个端口的转发;
网卡:每个联网主机必须有网卡,网卡确定了联网主机的MAC地址(物理地址)
网桥:连接不同的两个网段,且一方发送数据时,另一端必须等待直至接收。否则就会冲突。通过查找主机的MAC地址,实现数据的传输。(类似半双工)
交换机:连接不同的多个网段,通过查找主机的MAC地址,实现数据的传输。不同网段的主机之间可以相互通信(类似全双工)
路由器:通过IP寻址和路由选择,将IP 数据包通过最短路径传送到目的主机。
网关:网段的关口(IP地址),路由器利用这一IP地址,确定IP数据包应该转发到哪一网段。
调制解调器:调制和解调两个部分,调制是数字信号转模拟信号(电信号),解调是将模拟信号转换成数字信号(计算机只识别01这种数字信号)

各层传递数据的单元如下图:常见的网络设备及简单工作原理_第3张图片

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