计算机网络系列之集线器、交换机和路由器

一、序言

前面web浏览器的请求报文经过IP协议包装和经过网卡的发送，终于走出了计算机，来到了局域网上，这个局域网是我们平时非常常见的，包括家庭、学校以及公司。家里通过一个路由器就可以实现所有移动设备的接入网络，虽然这个使用的协议和我们今天讨论的不一样，但是有助于大家理解局域网的概念。
在我们实验室中，只有一个与学校校园网连接的网口，所以在我们实验室为了能够所有人的台式机都能够连接上网，采用了如下图所示的结构

这就是典型的局域网结构，首先由路由器接通实验室唯一的对外网络接口，然后将路由器与交换机相连，实验室里的所有主机通过双绞线网线与交换机相连，因为交换机价格便宜以及端口很多，而路由器的可用端口很少，所以通过这种结构来实现局域网的搭建。这一篇文章就是介绍一下在局域网中这些设备的作用。

二、集线器

集线器其实很好理解，它就是一个纯粹工作的物理层的设备，对于发过来的数据包，不做任何处理的转发出去。它就是把局域网中的设备相当于直接的连接到了一起，实现了星形拓扑结构。

看这和前面的交换机很像，但只是结构上相近，功能相差很多。集线器因为只是收到1就转发1。比如一个集线器拥有8个端口，一台计算机连接在1端口，向集线器发送了一个分组，那么集线器就会直接向除了1端口的其他端口转发。因此使用集线器的局域网就会出现冲突的情况，比如1端口和2端口的两台计算机同时向网络中发送分组，两个分组就会发生冲突，所以必须使用避免冲突的协议，这里不深入了解了。

三、交换机

交换机与集线器不同，它工作在数据链路层，可以根据MAC地址来确认转发的端口是哪一个，而不需要像集线器一样，只能无脑的向所有的端口转发。交换机具有缓存区，可以实现全双工通信，相当于两个通信的计算机之间直接相连了，而且中间的信道是两个计算机独享的吗，不会发生像集线器那种冲突。交换机还是一种即插即用的设备，如果你使用过交换机就会发现，直接将双绞线网线插上交换机即可，不需要做任何的设置，那是因为交换机具有自学习的功能。

如图所示存在一个局域网，有四台计算机，交换机刚刚开始工作，它的交换表是空的（交换表在内存中，掉电就丢失了）。如果此时A想与D通信，发送了一个分组，在MAC地址中已经添加了D的MAC地址，此时因为交换表是空的，所以交换机采用了将这个分组发到2,3,4的端口上，只有D的MAC地址匹配才会被接收，此时A的MAC地址与端口就被记录在交换表中。

如果此时D的响应消息发了过了，因为在交换表中有了A的MAC地址和端口，所以匹配，将D发来的信息发送到了1端口，然后将D的MAC地址和端口添加到交换表中。

这就是交换机的自学习的功能。为了实现动态变化，假设1端口的计算机离开了局域网，交换机会在交换表中将一段时间不使用的表项删除掉。

四、路由器

路由器是工作在网络层的设备，它具有三层结构，即网路层、数据链路层、以及物理层。与工作在数据链路层的交换机不同，路由器有更加复杂的功能。包括查询路由表，分包，地址转换等。

当分组从一个端口进入到路由器之中时，首先在数据链路层检测MAC是否为这个端口的MAC地址，如果符合，那么就将IP数据报上交到网络层，根据路由表，查找应该 从哪一个端口发送出去。路由表就是由IP地址组成的对应关系的表，根据这个表可以查到通过哪个端口发送出去，就能够到达IP数据报的目的IP地址。

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最后

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