02.集线器,网桥,交换机
2024-04-08 20:22:07
一些基础知识
- 计算机之间通信, 首先需要通信双方的mac地址和ip地址
- 计算机通过arp协议, 发送局域网内的广播, 来获取指定ip的设备的mac地址
1. arp 协议是广播协议, 源ip和目的ip分别是接收方和发送方的ip地址, 源端mac地址是发送方的mac地址, 目的mac地址是 FF FF FF FF FF FF.
2. arp协议的回复 源ip和目的ip分别是接和发送方的ip地址, 源端mac地址和 目的mac地址是接受和发送方的mac地址.
3. arp会缓存mac地址, 就是arp缓存
4. 通过 (发送方计算机的ip地址 & 发送方计算机的子网掩码 == 接收方计算机的ip地址 & 发送方计算机的子网掩码)的结果判断发送方的计算机和接收方的计算机是否在同一个网段内. - ping命令, 本质是ICMP协议的数据包
- “猫”指调制解调器，所谓调制，就是把数字信号转换成电话线上传输的模拟信号;解调，即把模拟信号转换成数字信号。合称调制解调器。调制解调器的英文是“Modem”，读音与“猫”相似，因此被称作“猫”。简单来说，“猫”的主要作用是上连宽带线路，下连电脑，实现电脑与宽带的连接，这样电脑才能够正常上网。
- 光纤到小区/光纤到楼宇: 用户自己使用光猫或者光纤连接PON设备，通过PON设备分出网线接到用户家.
- 小区宽带/楼宇宽带: 网线走的就是数字信号, 就不需要转换了.
- 网卡 进行二进制数据和电信号/光信号的相互转换.
- 两个电脑相连, 需要使用反双绞线( 线的两边分别是 橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕 和 **绿白 绿 橙白 蓝 蓝白 橙 棕白 棕 **(1 <一一一> 3, 2 <一一一> 6))
- 信号
- 数字信号: 0 或 1
- 模拟信号: 声音的传输(电话, 录音)
- 电信号:
- 网卡
- 单工
eg. 收音机 - 半双工(同一时刻只能 上传/下载), 通常无线网卡都是半双工的.
eg. 对讲机 - 全双工(能同时上传和下载), 通常有线网卡都是全双工的
eg. 电话
- 单工
- 计算机数据计量
- 内存中
bit(比特, 位) - 硬盘中
Byte(字节) - 网络传输中
b/s(比特/秒), B/s(字节/秒), B/s(字节/秒)
Mbps = M bit pre second 即 (兆比特/秒);
MBps = M Byte pre second 即 (兆字节/秒);
eg. 带宽100Mbps. 理论上下载速度就是100*1024 Kbit/s / 8 = 12.5M/s, 上传速度 2M/s
- 内存中
多台计算机间通信的方法
使用集线器
- 特点
- 集线器是最简单的连接方式, 它会把它收到的所有数据发送给连接它的所有的设备;
- 通信
- 此时计算机1和计算机3通信的所有网络数据都需要发送广播, 然后集线器上连接的所有设备都收到消息, 然后匹配目标ip和目标端口号的设备处理消息并回复消息, 其他不匹配的设备则忽略消息.
- 缺点
- 因为通信的每个数据都是广播, 所有接入的设备都会收到消息, 就会有安全隐患
- 只能再同一网段通信
- 特点
使用网桥
- 特点
- 网桥具有一定的学习能力, 他有两个接口, 1 和 2, 它可以保存1接口连接到得所有设备得mac地址和2接口连接到得设备得mac地址
- 通信
- 此时当计算机1和计算机3通信时, 效果和使用集线器一样, 但是当计算机1和计算机2通信时, 网桥发现计算机1和计算机2 都在 1接口上连着, 此时就不会把消息发给接口2连接的设备. 只会发给接口1连接的所有设备.
- 优点
- 具有了一定的安全性, 可以隔绝冲突域.
- 两个冲突域可以同时再各自的冲突域内通信.
- 两个冲突域是全双工通信, 冲突域内是半双工通信
- 缺点
- 但是接口1和接口2连接的设备互相通信时, 还是需要将数据广播给连接的所有设备 ,且连接同一个接口的设备之间通信时候, 仍让要发广播没连接这个接口的所有设备.
- 只能再同一网段通信
- 特点
使用交换机
- 特点
- 具有很强的学习能力, 又很多接口, 可以保存每个接口连接的设备的mac地址
- 连接的设备必须在同一网段内.
- 交换机有个mac地址列表, 用来保存每个接口连接的设备的mac地址.
- 如果主机的MAC地址不在列表中, 通过交换机广播域全网广播.
- 通信
- 此时当计算机1和计算机3通信时, 交换机会直接将消息发送给计算机3, 而不用广播了.
- 优点
- 不需要将所有的数据包广播给连接到交换机的所有设备, 保证的安全性
- 可以实现全双工通信
- 缺点
- 当连接的设备很多时候, ip不够用
- 当连接的设备很多时候, arp获取mac地址的时候, 会很耗时, 因为接入的设备太多了. 而且会产生广播风暴(到处都是广播)
- 只能再同一网段通信
- 数据转发原理
- 只能学习接收的数据帧的源mac地址
- 如果交换机的一个端口连接另一个交换机, 那么另一交换机接收到上一个交换机传来的MAC.S(源mac地址) 和 MAC.D(目的mac地址), 后会学习MAC.S, 并保存到mac地址表中
- 练习
- 11 -> 33
1. 交换机A查找MAC地址表 发现没有MAC11的地址
2. 交换机A学习主机11的MAC地址 即 MAC11 -> 端口1(交换机A)
3. 交换机A向其他的端口发送广播, 主机22发现自己的mac地址和目的mac不同 ,不处理.
4. 交换机B查看MAC地址表发现没有MAC11的地址
5. 交换机B学习主机11的MAC地址 即 MAC11 -> 端口3(交换机B)
6. 交换机向其他的端口发送广播, 主机44发现自己的mac地址和目的mac不同 ,不处理.
7. 流程结束, 此时 主机A的mac地址表(MAC11 -> 端口1), 主机B的mac地址表(MAC11 -> 端口3)
- 11 -> 33
- 特点
使用路由器
- 特点
- 需要先设置路由器的两个接口 Fa0/0 和 Fa1/0 ip地址和子网掩码, 使 Fa0/0 和 计算机2 和计算机3处于同一个网段内, Fa1/0和计算机4和计算机5处于同一个网段内. (因为跨网段通信时候, 需要使用arp协议获取发出消息的计算机的网关的mac地址, 所以网关的ip地址需要和他连接的那部分计算机再同一个网段内, 并且消息到达路由器的另一个接口后, 需要arp协议获取接受消息的计算机的mac地址)然后配置计算机的网关, 计算机2和计算机3的网关地址是路由器Fa0/0的ip地址, 计算机4和计算机5的网关地址是路由器Fa1/0的ip地址,
- 通信
- 此时当计算机2和计算机3通信时, 效果和使用交换机一样, 但是如果计算机2和计算机4通信时, 计算机2发现自己的ip和目标ip不在同一个网段内, 此时计算机2就会通过arp协议发送广播, 获取自己的网关(也就是路由器的Fa0/0)的mac的地址, 然后将消息发送到网关, 然后路由器的另一个接口(就是路由器的Fa1/0)就会通过arp协议发送广播, 获取目标ip的mac地址, 然后计算机4就会回复自己的mac地址, 路由器的Fa1/0接口就会将数据发送给计算机4.
- 优点
- 可以跨网段通信.
- 可以隔绝广播域(同一个网段的可以收到广播的域)
- 缺点
- 特点
计算机通信的过程
计算机需要发送数据给一个目标ip地址时候
- 通过子网掩码判断 目标ip和自己的ip是否在同一个网段内(resutl = 目标IP & 自己的子网掩码 == 自己的IP & 自己的子网掩码)
- 在同一个网段内
- 通过arp协议获取目标ip的计算机的mac地址
- 将数据发送给目标计算机
- 不在同一个网段
- 通过arp协议获取当前的计算机的网关(通常是路由器)的mac地址
- 将数据发送给网关
- 网关(路由器)通过静态路由表/动态路由表 将数据传递给相应的路由器
- 目标网关(接收消息的计算的的网关)通过arp协议, 获取目标ip的mac地址
- 将数据发送给目标计算机.
- 整个数据传输过程中, mac地址是不断变化的, 但是源ip地址和目标ip地址是一直不变的, 至于(局域网的ip,是如何再外网被访问到的, 是因为路由器内安装了NAT软件(装有NAT软件的路由器叫做NAT路由器).
- 在同一个网段内
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