计算机网络基础：7 交换机与路由器

交换机

交换机设备认识

• 如下图所示是具有24个RJ-45端口的交换机，它一般用于小型局域网
  

• 交换机连接计算机如下图
  

工作原理

• 交换机是工作在数据链路层的设备。它的主要功能是MAC地址学习、通信过滤（数据帧单点转发）、避免回路功能
• 在每个交换机内部都维护有一张MAC地址表，用于记录交换机上每个端口所连接主机的MAC地址信息
• 交换机收到一个数据帧后，进行识别并根据帧的目的地址，将这个帧转发对应的某个端口上去，而不是广播到所有端口

MAC地址表

• 交换机具有MAC地址学习功能。交换机就是通过识别数据帧的源MAC地址，学习到MAC地址和源端口的对应关系的，主要过程如下：
  • 当第一次使用交换机时，交换机MAC表为空，此时交换机会将源MAC地址与源端口建立交换映射，并将其写入交换机的MAC表
  • 将数据帧（含有目标MAC地址）从所有其他端口转发出去
  • 当接受者接受到数据帧并返回信息时，交换机便记住对应的MAC地址与端口的映射，并将其对应的关系写入MAC地址表中，以便下次转发
• 例子：PC1（MAC地址M1）想要发送数据帧给PC2（MAC地址M2），其MAC地址学习过程如下：
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数据交换方式

• 建立MAC地址表与端口的映射：交换机监测发送到每个交换机端口的数据帧，通过数据帧中的源主机MAC地址、目的主机的MAC地址，在交换机中建立一张MAC地址表和端口的映射
• 判断广播帧和单播帧：当源数据帧中的MAC地址在MAC表中找到，需要判断是广播帧还是单播帧；如果为广播帧，则向所有端口（除接受该数据帧的端口外）转发数据帧；如果为单播帧，则查找已有MAC地址表，按照映射关系进行数据转发

路由器

路由器设备认识

• 路由器工作在OSI参考模型的第三层——网络层，具有网络层的相关内容，它连接不同的网络，在网络之间转发IP数据报

• 路由器具有多个输入端口和多个输出端口。其任务就是转发IP数据报（分组）。将路由器某个输入端口收到的分组，按照目的地，从路由器的某个输出端口转发给下一跳路由器
  

• 连接两个不同的局域网，并且使局域网接入广域网

路由器分类

• 家庭路由器

  • 功能比较简单，价格便宜
  • 支持拨号，内置DHCP服务器（可以共享上网计算机动态分配地址），并可进行静态地址分配
    

• 模块化结构的路由器

  • 通常中高端路由器采用模块化结构，低端路由器采用非模块化结构
  • 可以在中小型企业网中担当核心路由器

路由器端口

• 路由器接口（又称端口）主要分为三类
  • 局域网端口：局域网接口主要用于路由器与局域网进行连接。RJ-45接口（如图黄色标示）是最常见的端口，即双绞线以太网端口
  • 广域网端口：路由器要实现与广域网连接。会用到同步串口（Serial），这种端口连接网络的两端，都要求实现同步
  • 配置端口：路由器的配置端口有“Console”和“Aux”端口两种。
    • “Console”端口常在本地配置路由器连接计算机时使用。使用Console线的一端连接路由器的Console口，另一端连接计算机，用户可通过计算机运行终端仿真程序，在本地进行路由器配置
    • “Aux”端口在路由器远程配置连接时使用

工作原理

• 分组转发：根据转发表来进行分组的处理，也就是将从端口收入的数据包，根据它的目的地查找转发表从而从输出端口送出去
• 路由选择：要根据相邻路由器之间通过路由协议实现相邻路由器相互的学习，从而生成一张路由表，转发表就是由路由表而来的。路由选择就是及时的维护和更新这张路由表，路由表是根据算法得到的

路由表

• 路由表主要分为三部分：目的网络，子关掩码和下一站
• 注意
  • 路由表是以目的网络好为目的地，而不是目的主机的IP地址为目的地
  • 路由表示到达下一站的如何传输，而不是全部路径