小知识点记录:计算机网络知识[集线器, 交换机, 路由器]

最近在看大佬的计算机网络学习讲解:
【网络】半小时看懂<计算机网络>
受益良多,言犹在耳

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计算机网络就是实现计算机进行通信的,通过01这样的高低电频来进行传输数据;

如果说要通信的计算机比较多呢?采用互相连接,这样虽然也行的通,但是如果计算机越来越多呢?这样的通信过于冗余.

(1)那么也就有了通信转发的概念,比如说A机器想要给E机器发数据,可以通过A->B->E;
就无需连接过多的通信线了;
(2)然后就是网络标识, 比如说要把A机器要给C机器发数据,那么C机器就得标识自己的身份是C.

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集线器

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关于转发呢,早期有这么一个设备 : HUB集线器;
它主要可以用来做消息的转发,使用简单的双绞线即可完成连接;

但是集线器有个缺点;
比如说现在 A计算机在发数据, B计算机也发来数据了;
可是HUB集线器只是负责接收/转发 电信号;没法区分信号数据; 在处理的时候就会把A和B发来的信号给杂糅起来,发给了其他的设备,这样可能就会导致出现冲突域, 可能A只是想给C发数据,没想到C收到的数据中还有B发给D的数据.

针对这个缺点,又诞生了CSMA/CD 协议;
数据在发送前先进行载波侦听,观察这个数据链路中是否存在其他的机器在发送数据;若发现没有这里才能放心的发送自己的数据;

CSMA协议要求站点在发送数据之前先监听信道。如果信道空闲，站点就可以发送数据；如果信道忙，则站点不能发送数据。但是，如果两个站点都检测到信道是空闲的，并且同时开始传送数据，那么这几乎会立即导致冲突。另外，站点在监听信道时，听到信道是空闲的，但这并不意味着信道真的空闲，因为其他站点的数据此时可能正在信道上传送，但由于传播时延，信号还没有到达正在监听的站点，从而引起对信道状态的错误判断。

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对于上面提到的早期计网结构,还是有缺点的.
(1)进行数据的广播,会让带宽比较低效;
(2)在同一时刻,只能有一台机器在数据链路上发送数据,导致数据链路的利用率比较低.

所以:这种HUB集线器的结构仅适用于在物理层工作的小型计网结构.

集线器工作于 物理层

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交换机

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那么交换机SW [Switch] 交换机就诞生了.

这个交换机功能很像集线器,可是它比较厉害了.

• 之前的集线器只是提供了转发消息数据的功能,他没有标识的作用; [也就是说集线器只是将消息广播出去,让机器设备自己来判断消息是不是发给自己的].
• 交换机真正做到了记录地址, 记录的是地址 -- 端口之间的映射关系.这里的地址指的是MAC地址.

啥是MAC地址: 可以看自己电脑的网络物理地址,分为6段,每一段都是8比特,也就是48比特.
这个MAC地址在每个设备出厂时就已经给定了;当然也是可以修改的.

那么交换机SW 怎么记录地址和端口映射的呢?
实际在交换机中维护了一张 映射关系表;

交换机SW的亮点2 : 它是全双工的;

• 之前提到的集线器使用的是双绞线来连接设备;在工作时只能有一个设备来发送数据的;
• 交换机采用了网线,里面有8根线,正常情况下有 4 根线正常工作;即可实现数据的全双工通信; [比如说A机器在发送数据的同时还可以接受数据]. 数据链路不会出现冲突域:[A在发数据的时候,B也可以发送数据].

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比如说现在一个交换机连接了ABC三个设备, 交换机的映射表本来是空的;

• 现在A发来一条消息,交换机就把A设备的MAC地址和端口记录下来了;
• A要发送消息给B设备,去映射表查找,没找到,那就给每个端口分别发送,此时就找到了端口在4的B设备,B进行了消息回应,交换机将B设备的MAC地址和端口关系记录下来.
• …C
  

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学过OSI七层模型都知道,这个交换机,位于数据链路层;

这个数据链路层包含了数据头和数据部分.
数据头中记录了:源MAC地址 和 目的MAC地址.

数据部分即网络层分发来的ip数据包;其中也是包含了数据头与数据内容;数据头包含ip源地址 ip目的地址;

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交换机还有一个特点就是可以进行桥接

比如说交换机甲和乙连接在一块了,目前:

• 交换机甲连接了设备A和B,但是它的映射表中可以记录到交换机乙的信息,端口号就是甲乙连接使用的6号口;
• 对应地,交换机乙中的地址端口映射表也是维护记录了甲乙两个交换机的设备信息.
  

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那么接着来看交换机有什么缺点:
一般情况下,每个交换机中可维护的映射表记录在几千多条,这个存储量还是比较小的,如果说要维持全球范围内的计算机,从效率上来看还是比较吃力的, 不断地连接交换机可能会出现消息洪泛.

所以说交换机适应于在一个小规模的局域网内进行消息传输,比如说几千个设备组成的一个局域网,
但是交换机想要连接跨局域网的网络连接,就可能无法达到预期的效果.

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路由器

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那么对于不同网络之间的连接,就可以使用路由器.

• 在同一个网络内的设备传递消息,内部转发即可, 而 不同网络间的消息传递 需要通过 路由器进行消息转发.

• 网络作为一个抽象的概念,网络的标识认定采用了Ip地址进行标识, 两个作用:

  • (1)可标识网络.
  • (2)可标识设备.

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在本地命令ping 虚拟机的ip;
在网络中的每个设备都有自己维护的一张路由表;
在路由器中也维护了一个路由表,标识了对应IP的设备在哪里.

路由表中维护的映射表,需要通过算法来建立起来,比较麻烦.

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引入路由器是为在 跨网络的时候完成消息数据的通信,注意ip地址是不能直接作为通信使用的,那么实际的通信还需要解析Ip地址, 然后通过Mac物理地址进行通信.

比如这样一个案例:

• 路由器的ip192.168.1.52先使用ARP协议(地址解析协议),查找ip为192.168.1.254设备的MAC地址;即在网络中广播询问谁的ip地址是1.254,找到后解析得到mac地址.
• 得到mac地址后,即可在数据链路层进行传输了

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