网络是怎么连接的系列---从网线到网络设备

从网线到网络设备

计算机发的网络包----->集线器----->交换机----->路由器----->互联网接入路由器----->网络----->目的地
传输过程中的包:传输到目的地的过程中都是独立的,相互之间没有任何关联
1、集线器
集线器将信号广播到整个网络中(所有连接的设备)
集线器中的PHY模块功能和MAC模块的功能基本一致
2、交换机
交换机根据地址表进行转发,交换机将包原样转发到目的地,交换机可以同时执行多个转发操作
交换机结构:
RJ-45-----PHY(MAU)----MAC----内存----交换电路 MAC地址表
RJ-45 接口
PHY(MAU) 将网线中的信号转为通用格式
MAC 将信号转为数字信号,并校验FCS,(不具有MAC地址)
内存 缓冲区
MAC地址表:
设备的MAC地址
设备连接在交换机的端口 二者一一对应
交换机根据MAC地址表查找MAC地址,然后将信号发送到相应的端口

MAC地址表的维护有两种:
收到包将发送方MAC地址以及其输入端口的号码写入MAC地址表中
删除地址表中的一些记录,防止设备移动时产生问题
交换机的特殊操作:
当交换机发现一个包要发回到原端口时就会丢弃这个包
地址表中找不到指定的MAC地址,将包发送给除了源端口之外的所有端口。
3、路由器
作用:路由器将收到的包,转发到下一个目标路由器
内部结构:
端口模块:负责收发包;根据端口模块的硬件不同可以支持多种网络,以太网,无线局域网等
转发模块:判断包的转发目的地;主要有:路由表,用于判断转发的
类似于协议栈的IP模块与网卡的关系
路由器的路由表:
目标地址:表示子网(一般),存在路由聚合将多个子网合并为一个子网
子网掩码:用户匹配目标地址时,告诉路由器应该匹配多少个比特,一般目标地址和网络号,不完全匹配
网关:要转发的目的IP地址
接口:转发网络包的指定端口
跃点数:距离目标的距离,越小代表越近

路由表的维护:
手动维护路由记录
根据路由协议机制,通过路由器之间的信息交换,由路由器自行维护(RIP,OSPC,BGP等协议)
路由器的收包和发包:
收包:信号到达网线接口----PHY(MAU)模块和MAC模块将信息转为数字信号----校验FCS-----检查MAC地址,判断是不是自己的包
收包完成后会将MAC头舍弃
发包:判断转发目标(路由表)-----更新TCP头部的TTL----加新的MAC头-----转为电信号----端口转发
发包主要是根据IP头判断转发目标,在匹配过程中会使用匹配最长原则(主机号越短,范围内的主机数就少,缩小范围)(最长匹配原则)
无法匹配丢弃包,并通过ICMP消息告知发送方

4、路由器和交换机之间的区别于联系
路由器基于IP设计,交换机基于以太设计
相同点都是通过查表确定下一个转发的目标
路由器的端口具有MAC地址,交换机不具有MAC地址
路由器根据IP地址判断转发目标,交换机根据MAC地址判断转发目标
路由器将包的传输工作交给交换机进行(委托关系),传到下一个路由器
IP(路由器)负责将包送达通信对象这一整体过程,而其中将包 传输到下一个路由器的过程则是由以太网(交换机)来负责的。
5、路由器的附加功能
1、地址转换
在转发网络包时对IP头部中的IP地址和端口进行改写,将发送方的私有地址(包括端口)改为公有地址(在tcp连接的第一个包被发到互联网时)
地址转换设备有一个地址转换表可以使得公有地址和私有地址对应起来
收包时也是通过地址转换将公有地址再转回私有地址
2、包过滤
包过滤就是在包的转发过程中根据MAC头,IP头,TCP头的内容并根据预先设定的对包进行转发还是丢弃处理

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