故事就從一個(gè)車轱轆說(shuō)起吧。先來(lái)看一個(gè)車轱轆,。

　　輻條從車轱轆邊緣,，一直匯聚到 中心的軸,，這個(gè)軸在英文里叫hub。

　　而我們今天要講到的集線器,，英文里也叫hub,。

　　都叫hub，多少有點(diǎn)關(guān)系,，看下這面這個(gè)圖大概能明白,，其實(shí)兩者有點(diǎn)像。

　　hub的由來(lái)

　　大概想表達(dá)的意思是,，它是匯聚網(wǎng)線的中心,，因此就叫集線器。

　　所以可以理解,，大家常逛的 Github，Docker Hub, 還有P**hub ,，都是為了表達(dá)它們是某類資源的中心了吧,。

　　那么集線器是什么呢？那就要從電腦是怎么互聯(lián)的這個(gè)話題說(shuō)起,。

　　小學(xué)的時(shí)候,，有一種網(wǎng)吧，它其實(shí)是不能上外網(wǎng)的,。也就是不能打開(kāi)度娘,，不能搜索資料。

　　不能上網(wǎng)的網(wǎng)吧還能叫網(wǎng)吧,？

　　能,。雖然不能上外網(wǎng)，但網(wǎng)吧老板可以把很多臺(tái)機(jī)子連起來(lái),，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)吧內(nèi)互聯(lián),，形成一個(gè)局域網(wǎng)（Local Area Network，簡(jiǎn)稱LAN）,。

　　網(wǎng)吧內(nèi)互聯(lián)之后,，就可以放上各種游戲，比如CS,，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)吧內(nèi)對(duì)線,。

　　這種網(wǎng)吧有種好處，沒(méi)有那么多鍵盤俠,。

　　畢竟你不知道什么時(shí)候鍵著鍵著,，對(duì)方就順著網(wǎng)線找過(guò)來(lái)了。

　　對(duì)戰(zhàn)直接從線上轉(zhuǎn)移到線下了,。

　　因此大家打游戲都很和諧,，客氣，場(chǎng)面十分感人就是了。

　　那么網(wǎng)吧內(nèi)的電腦是怎么互聯(lián)呢,？

　　一根網(wǎng)線互聯(lián)電腦

　　從最簡(jiǎn)單的場(chǎng)景說(shuō)起,，假設(shè)網(wǎng)吧內(nèi)只有兩臺(tái)電腦

　　兩臺(tái)電腦互聯(lián)

　　隨便連根網(wǎng)線就能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)嗎？

　　當(dāng)然不是,。

　　還記得網(wǎng)絡(luò)分層嗎?

　　數(shù)據(jù)如果要進(jìn)行傳輸,，會(huì)從A電腦經(jīng)過(guò)這些網(wǎng)絡(luò)分層把消息組裝好，再到B電腦層層解包,。

　　網(wǎng)線,，只是代替了上面的灰色部分，實(shí)現(xiàn)物理層上互聯(lián),。

　　如果想要兩臺(tái)電腦互聯(lián)成功,，還需要確保每一層所需要的步驟都要做到位，這樣數(shù)據(jù)才能確保正確投送并返回,。

　　我們自頂向下,，從細(xì)節(jié)開(kāi)始說(shuō)一下實(shí)現(xiàn)互聯(lián)需要做什么。

　　應(yīng)用層

　　該層的網(wǎng)絡(luò)功能由應(yīng)用本身保證,。

　　假設(shè)兩臺(tái)電腦是打算用游戲進(jìn)行聯(lián)網(wǎng),，那么該應(yīng)用層的功能由游戲程序保證。

　　傳輸層

　　絕大部分游戲用的傳輸層協(xié)議都是TCP,，我們可以看下TCP報(bào)頭,。

　　這里面我們需要關(guān)注的是源和目的端口，這個(gè)可以定位到這臺(tái)電腦上哪個(gè)進(jìn)程在收發(fā)數(shù)據(jù),。

　　這兩個(gè)端口信息一般是游戲內(nèi)部已經(jīng)填好,。

　　AB兩臺(tái)電腦，其中一臺(tái)作為服務(wù)端啟動(dòng),，比如A,，起了個(gè)服務(wù)器進(jìn)程。

　　服務(wù)器會(huì)開(kāi)放一個(gè)固定的端口,，比如27015,。這就是目的端口。

　　這時(shí)候A和B都可以搜索到這個(gè)服務(wù)器,。啟動(dòng)一個(gè)客戶端進(jìn)程,，連接進(jìn)入A的服務(wù)器進(jìn)程。

　　而源端口,，則由A和B自己生成,。

　　網(wǎng)絡(luò)層

　　上圖除了端口，我們還看到一個(gè)192.168.0.105,，這個(gè)就是A的IP地址,。

　　我們看一下IP層的報(bào)文頭,。

　　這里面需要關(guān)注是源和目的IP地址。

　　如果兩臺(tái)電腦想通過(guò)一根網(wǎng)線進(jìn)行消息通信,，那么他們需要在一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi),。

　　這意味著，他們的子網(wǎng)掩碼需要一致,。局域網(wǎng)內(nèi),，假設(shè)子網(wǎng)掩碼是 225.225.225.0，會(huì)認(rèn)為 192.168.0.x 這些IP都屬于一個(gè)局域網(wǎng),。所以當(dāng)A的IP地址是192.168.0.105 時(shí),，那么B的IP地址可以配成192.168.0.106 。

　　關(guān)于IP這一塊是啥,，后面會(huì)細(xì)講,，大家如果沒(méi)明白我說(shuō)的是啥，不要急,。

　　組裝好網(wǎng)絡(luò)層報(bào)頭后,，數(shù)據(jù)包傳入到數(shù)據(jù)鏈路據(jù)層。

　　數(shù)據(jù)鏈路層

　　以上解決了網(wǎng)絡(luò)層的互聯(lián),，而在數(shù)據(jù)鏈路層，數(shù)據(jù)包里需要拼接上MAC報(bào)頭,。先看下MAC報(bào)頭長(zhǎng)什么樣子,。

　　其中需要關(guān)心的是標(biāo)紅的源和目的MAC地址。MAC地址可以粗略理解是這臺(tái)電腦網(wǎng)卡的唯一標(biāo)識(shí),。大概長(zhǎng)這樣

　　28:f9:d3:62:7d:31

　　源和目的地址,，在發(fā)送消息的時(shí)候就會(huì)被填上。

　　但是A只知道自己的MAC地址,，怎么才能知道B的MAC地址呢,？

　　這時(shí)候需要ARP協(xié)議。

　　ARP（Address Resolution Protocal）,，即地址解析協(xié)議,。用于將IP地址解析為以太網(wǎng)的MAC地址的協(xié)議。

　　在局域網(wǎng)中,，當(dāng)主機(jī)A有數(shù)據(jù)要發(fā)送給主機(jī)B時(shí),，A必須知道B的IP地址。

　　但是僅僅有IP地址還是不夠的,，因?yàn)镮P數(shù)據(jù)報(bào)文還需要在數(shù)據(jù)鏈路層封裝成幀才能通過(guò)物理網(wǎng)絡(luò)發(fā)送,。因?yàn)榘l(fā)送端還必須有接收端的MAC地址，所以需要一個(gè)從IP地址到MAC地址的映射,。ARP就是干這事情的協(xié)議,。

　　A查本地ARP表發(fā)現(xiàn)B的IP和MAC映射關(guān)系不存在

　　A通過(guò)ARP廣播的形式向局域網(wǎng)發(fā)出消息,，詢問(wèn)某IP對(duì)應(yīng)的MAC地址是多少。比如A此時(shí)知道B的IP,，但并不知道B的MAC地址是多少,，就會(huì)嘗試在局域網(wǎng)內(nèi)發(fā)起ARP廣播，詢問(wèn)局域網(wǎng)下所有機(jī)器,，哪個(gè)機(jī)器的IP與B的IP一致,。

　　B收到這個(gè)ARP消息，發(fā)現(xiàn)A要問(wèn)的IP與自己的IP一致,，就會(huì)把自己的MAC地址作為應(yīng)答返回給A,。

　　此時(shí)A就知道了B的MAC地址，順便把消息記錄到本地ARP表里,，下次直接用表里的關(guān)系就行,，不需要每次都去問(wèn)。

　　物理層

　　從數(shù)據(jù)鏈路層到物理層,，數(shù)據(jù)會(huì)被轉(zhuǎn)為01比特流,。

　　此時(shí)需要把比特流傳到另一臺(tái)電腦。

　　通過(guò)一根網(wǎng)線,，兩段水晶頭插入網(wǎng)口,，把兩臺(tái)電腦連起來(lái)。

　　但對(duì)網(wǎng)線有一些要求,。

　　這根網(wǎng)線兩端的水晶頭需要采用交叉互聯(lián)法,。

　　水晶頭里有8根線，注意上圖里的顏色,，是有順序的,。第1、2根線起著收信號(hào)的作用,，而第3,、6腳發(fā)信號(hào)的作用。將一端的1號(hào)和3號(hào)線,、2號(hào)和6號(hào)線互換一下位置,，就能夠在物理層實(shí)現(xiàn)一端發(fā)送的信號(hào)，另一端能收到,。

　　當(dāng)然,，現(xiàn)在有些網(wǎng)卡有自適應(yīng)的功能，就算是直連互聯(lián)法的線,，也能有交叉互聯(lián)法的效果,。如果你用的是這種網(wǎng)卡，就當(dāng)我物理層這塊什么都沒(méi)說(shuō)吧,。

　　互聯(lián)

　　此時(shí),，在確保關(guān)閉防火墻的前提下,，可以嘗試從A電腦中ping一下B，再?gòu)腂電腦中ping一下A,。如無(wú)意外,，都能ping通。

　　A給B發(fā)個(gè)消息,，從應(yīng)用層到數(shù)據(jù)鏈路層,，會(huì)分別加上A和B的各種''身份信息"。比如在傳輸層會(huì)加上A和B的應(yīng)用端口號(hào),，在網(wǎng)絡(luò)層加上源和目的IP,，在數(shù)據(jù)鏈路層會(huì)加上源和目的網(wǎng)卡的MAC頭部信息。

　　B收到消息后逐層解包,，驗(yàn)證,，最后順利到達(dá)應(yīng)用層。實(shí)現(xiàn)AB兩臺(tái)機(jī)器消息互通,。

　　至此游戲就能正常聯(lián)機(jī)對(duì)線,，兩臺(tái)電腦互聯(lián)成功！

　　什么是集線器

　　兩個(gè)人打cs,，總會(huì)覺(jué)得無(wú)聊,，但是每臺(tái)電腦又只有一個(gè)網(wǎng)線口。

　　想要邀請(qǐng)更多的人一起玩,，怎么辦,？

　　那就要回到文章開(kāi)頭提到的集線器（hub）了。

　　這是個(gè)工作在物理層的設(shè)備,。

　　有多個(gè)網(wǎng)口，很好的解決了電腦上只有一個(gè)網(wǎng)口的問(wèn)題,，可以做到多臺(tái)電腦的網(wǎng)線都插入到集線器上,。

　　同時(shí)工作原理也非常簡(jiǎn)單，會(huì)把某個(gè)端口收到的數(shù)據(jù),，輸入到中繼電路,。

　　中繼電路的基本功能是將輸入的信號(hào)廣播到集線器的所有端口上。

　　簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是無(wú)腦復(fù)制N份到其余N個(gè)端口上,。

　　數(shù)據(jù)復(fù)制到N個(gè)端口后,。對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)到N臺(tái)機(jī)器里。

　　集線器內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　說(shuō)到這里,，已經(jīng)對(duì)集線器有個(gè)大概認(rèn)識(shí)了,。

　　接下來(lái)，我們看下集線器的內(nèi)部結(jié)構(gòu),。

　　從A網(wǎng)口進(jìn)入集線器的消息,，此時(shí)還是電信號(hào),。這里經(jīng)過(guò)一個(gè)PHY模塊。

　　要理解PHY模塊的作用,，首先要先了解每個(gè)網(wǎng)口,，都可能接著網(wǎng)線（廢話），而每根網(wǎng)線的傳輸?shù)母袷蕉际怯锌赡懿煌?。而PHY的作用,，就是把這些格式轉(zhuǎn)化為一個(gè)通用的格式。

　　舉個(gè)例子,。PHY就好比一個(gè)翻譯器,，有的人說(shuō)英文，有的人說(shuō)日文,。但是PHY,，會(huì)把它統(tǒng)一轉(zhuǎn)為普通話，給內(nèi)部電路處理,。內(nèi)部電路處理完之后,，再經(jīng)過(guò)PHY模塊，轉(zhuǎn)為英語(yǔ),，或日文從對(duì)應(yīng)網(wǎng)口里輸出,。

　　經(jīng)過(guò)PHY的處理后，以電信號(hào)的形式輸入到中繼電路,，被無(wú)腦廣播,，再次經(jīng)過(guò)PHY模塊后變成BCD網(wǎng)口的格式輸出。

　　這里面的電信號(hào),，是會(huì)受噪聲干擾,，導(dǎo)致信號(hào)形變出錯(cuò)的。

　　但就算是錯(cuò)了,，也還是會(huì)原封不動(dòng)的廣播出去,，這就是上面提到無(wú)腦的精髓所在。

　　那信號(hào)如果出錯(cuò)了怎么辦,？

　　只能讓接收方收到消息后進(jìn)行校驗(yàn),。

　　還記得上文里提到的數(shù)據(jù)鏈路層的MAC報(bào)頭里最末尾有個(gè)FCS嗎？

　　FCS里存放的是發(fā)送方通過(guò)循環(huán)冗余校驗(yàn)CRC計(jì)算得到的值,。

　　接收方用收到的數(shù)據(jù)算一次CRC,，與FCS里的值進(jìn)行對(duì)比。

　　如果一致,，那證明數(shù)據(jù)沒(méi)問(wèn)題,。如果出錯(cuò)，則直接丟棄,。

　　當(dāng)然,，丟棄包并不會(huì)影響數(shù)據(jù)的傳輸,， 因?yàn)閬G棄的包不會(huì)觸發(fā)確認(rèn)響應(yīng)。因此協(xié)議棧的 TCP 模塊會(huì)檢測(cè)到丟包,， 并對(duì)該包進(jìn)行重傳,。

　　如果消息沒(méi)出錯(cuò)，但是因?yàn)闊o(wú)腦廣播,，C也能收到A發(fā)給B的數(shù)據(jù)包,。

　　此時(shí) C 會(huì)在接受到數(shù)據(jù)包后一層層的"剝開(kāi)"。

　　正常情況下,，在數(shù)據(jù)鏈路層時(shí),，識(shí)別到目的 MAC 地址跟 C 的不一致時(shí)，也會(huì)把數(shù)據(jù)丟棄,。

　　什么是交換機(jī)

　　目前只有 ABC 三臺(tái)機(jī)器,，每次都是廣播發(fā)消息倒還好。

　　如果機(jī)器越來(lái)越多,，每臺(tái)機(jī)器發(fā)一條消息,，都會(huì)被廣播，就有點(diǎn)頂不住了,。

　　舉個(gè)例子,。

　　假設(shè)N臺(tái)機(jī)器，其中兩臺(tái)機(jī)器A和B,，A發(fā)到B和B發(fā)給A,，共兩條消息。

　　如果這N臺(tái)機(jī)器,，用的是集線器,。還是AB之間互發(fā)消息，每條消息都是廣播的話,，就是(N-1)+(N-1)條消息,，差距有些大，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)就有些嚴(yán)重了,。

　　那么,，有沒(méi)有可能做到,，A發(fā)給B的消息,，就不要轉(zhuǎn)發(fā)給C呢？

　　可以的,，把集線器換成交換機(jī),。

　　交換機(jī)，又叫switch,，跟集線器長(zhǎng)得很像,。

　　但是功能更強(qiáng)一些,，從網(wǎng)絡(luò)分層上來(lái)說(shuō)，屬于數(shù)據(jù)鏈路層,，比集線器所在的物理層還要高一層,。

　　所有發(fā)到交換機(jī)的數(shù)據(jù)，都會(huì)先進(jìn)入交換機(jī)的緩存區(qū),。接著消息再被轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)機(jī)器上,。

　　注意這里用的是轉(zhuǎn)發(fā)，而不是集線器的廣播,，交換機(jī)是怎么做到轉(zhuǎn)發(fā)的呢,？

　　MAC地址表

　　交換機(jī)內(nèi)部維護(hù)了一張MAC地址表。

　　記錄了 端口號(hào)和MAC地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系,。

　　這個(gè)表的數(shù)據(jù)是交換機(jī)不斷學(xué)習(xí)的結(jié)果,。

　　當(dāng)A發(fā)消息到交換機(jī)時(shí)，交換機(jī)發(fā)現(xiàn)消息是從1號(hào)端口進(jìn)來(lái)的,，則會(huì)在MAC地址表上,，記錄A的MAC地址對(duì)應(yīng)1號(hào)端口。

　　如果A沒(méi)有很長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)發(fā)消息到這個(gè)1號(hào)端口,，那這條記錄就會(huì)過(guò)期并被刪除,。

　　那么，當(dāng)時(shí)間足夠長(zhǎng),，ABC 都發(fā)過(guò)消息給交換機(jī)后,，地址表就會(huì)有完整的關(guān)系信息。

　　A準(zhǔn)備發(fā)送消息給B,，此時(shí)A會(huì)把B的MAC地址,，放入要發(fā)送的數(shù)據(jù)里。數(shù)據(jù)順著網(wǎng)線發(fā)出,。

　　交換機(jī)從端口收到數(shù)據(jù),，會(huì)把數(shù)據(jù)里的源和目的MAC地址提出來(lái)，跟MAC地址表進(jìn)行對(duì)比,。

　　發(fā)現(xiàn)B的MAC地址正好在2號(hào)端口,，那么就把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給2號(hào)端口。

　　此時(shí)B電腦從網(wǎng)線收到來(lái)自交換機(jī)2號(hào)端口的數(shù)據(jù),。

　　兩種特殊情況

　　正常流程很清楚了,，看兩個(gè)特殊情況：

　　交換機(jī)查詢地址表時(shí)，發(fā)現(xiàn)目的 MAC 地址的目標(biāo)端口和這個(gè)包的源端口,，是同一個(gè)端口,，怎么辦？

　　先說(shuō)結(jié)論，會(huì)直接丟棄這個(gè)包,。

　　我們看下,，假設(shè)它不丟棄，會(huì)發(fā)生什么情況,。

　　A發(fā)了個(gè)消息給B,，中間經(jīng)過(guò)一個(gè)集線器，此時(shí)消息會(huì)被廣播到B和交換機(jī),。

　　此時(shí)B收到第一條A發(fā)給它的消息

　　交換機(jī)從1號(hào)端口收到A的消息后,，解包，獲得目的MAC地址是BB-BB-BB-BB-BB-BB,。查MAC地址表,，發(fā)現(xiàn)要發(fā)到1號(hào)端口。此時(shí),，源和目的端口都是同一個(gè),，如果交換機(jī)不丟棄這個(gè)消息，B會(huì)收到第二條A發(fā)給它的消息,。

　　A只發(fā)了一次消息,，B卻收到兩條消息，明顯不對(duì),。

　　因此,，當(dāng)交換機(jī)查詢地址表時(shí)，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)端口和源端口,，是同一個(gè)端口時(shí),，會(huì)丟棄這個(gè)包。

　　MAC地址表里找不到對(duì)應(yīng)的MAC地址,，怎么辦,？

　　這可能是因?yàn)榫哂性摰刂返脑O(shè)備，還沒(méi)有向交換機(jī)發(fā)送過(guò)包,，或者這個(gè)設(shè)備一段時(shí)間沒(méi)有工作,，導(dǎo)致地址被從地址表中刪除了。

　　這種情況下,，交換機(jī)無(wú)法判斷應(yīng)該把包轉(zhuǎn)發(fā)到哪個(gè)端口,，只能將包轉(zhuǎn)發(fā)到除了源端口之外的所有端口上，無(wú)論該設(shè)備連接在哪個(gè)端口上,，都能收到這個(gè)包,。

　　此時(shí)，交換機(jī)就會(huì)跟集線器一樣進(jìn)行廣播,。

　　發(fā)送了包之后目標(biāo)設(shè)備會(huì)作出響應(yīng),，只要返回了響應(yīng)包，交換機(jī)就可以將它的地址寫入地址表,，下次也就不需要把包 發(fā)到所有端口了,。

　　交換機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　再看下交換機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

　　其實(shí)對(duì)比可以發(fā)現(xiàn),，交換機(jī)和集線器內(nèi)部結(jié)構(gòu)很像,。

　　重點(diǎn)需要提到的是MAC模塊。消息以電信號(hào)的形式從網(wǎng)口進(jìn)入,，到了PHY會(huì)被轉(zhuǎn)成通用格式的電信號(hào),。而MAC模塊的作用是把這個(gè)電信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，這樣就能提取出MAC包頭,，并通過(guò)MAC數(shù)據(jù)幀末尾的FCS校驗(yàn)這個(gè)包有沒(méi)有問(wèn)題,，如果沒(méi)問(wèn)題，則把數(shù)據(jù)放到內(nèi)存緩沖區(qū)里,，否則直接丟棄,。

　　另外，這個(gè)MAC模塊,，雖然這么叫,。但其實(shí)交換機(jī)MAC模塊不具有 MAC 地址。因此交換機(jī)的端口不核對(duì)接收方 MAC 地址,，而是直接接收所有的包并存放到緩沖區(qū)中,。

　　放入到內(nèi)存緩沖區(qū)后，還會(huì)把MAC地址和端口號(hào)記錄到MAC地址表中,。同時(shí)檢查目的MAC地址在不在MAC地址表中,，在的話則會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)到對(duì)應(yīng)端口。否則廣播,。

　　交換機(jī)與網(wǎng)橋的區(qū)別

　　網(wǎng)橋,，本質(zhì)上可以理解為兩個(gè)網(wǎng)線口的交換機(jī)，正好可以把兩臺(tái)電腦給連起來(lái),，也叫橋接,。而交換機(jī)，則是多網(wǎng)線口的網(wǎng)橋,，可以把多臺(tái)電腦給連（橋接）起來(lái),。

　　其他功能方面，大差不差,，不必太過(guò)糾結(jié),。

　　交換機(jī)和二層交換機(jī)和三層交換機(jī)有什么區(qū)別

　　這一部分提到的交換機(jī)，其實(shí)就是二層交換機(jī),，也就是工作在第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）的交換機(jī),，二者沒(méi)區(qū)別,。

　　而三層交換機(jī)，是工作在第三層（網(wǎng)絡(luò)層）的交換機(jī),，其實(shí)就是接下來(lái)要提到的路由器,。

　　什么是路由器

　　有了交換機(jī)之后，小網(wǎng)吧里的電腦就都可以被連起來(lái)了,。交換機(jī)網(wǎng)口不夠,？那就再接個(gè)交換機(jī)。

　　但世界上電腦這么多,，交換機(jī)里的MAC地址表難道全都要記住嗎?

　　顯然做不到,。為了解決這個(gè)問(wèn)題。

　　于是就有了路由器,，工作在網(wǎng)絡(luò)層,，比數(shù)據(jù)鏈路層更高一層。

　　網(wǎng)絡(luò)層引入了IP的概念,。

　　什么是IP

　　比如前面提到的 192.168.0.105 就是一個(gè)IP,，同一個(gè)局域網(wǎng)內(nèi)還可能會(huì)有一個(gè)IP是192.168.0.106。有沒(méi)有發(fā)現(xiàn),，它們都是192.168.0.xxx,。

　　像極了 上海市.黃浦區(qū).南京東路.105號(hào)，這樣的地址?，F(xiàn)實(shí)生活中,，我們可以通過(guò)一個(gè)地址定位到要去哪。到了 上海市.黃浦區(qū).南京東路.105號(hào)樓里,，我們就可以再去找某個(gè)叫身份證為xiaobaixxxxx的人,。

　　那互聯(lián)網(wǎng)世界里，我們也就可以通過(guò)IP地址,，定位到某個(gè)廣域網(wǎng)段,，再通過(guò)廣域網(wǎng)內(nèi)部的局域網(wǎng)的MAC地址定位到具體某個(gè)電腦。

　　上海市.黃浦區(qū).南京東路.105號(hào)可以幫助我們定位到在南京東路上的第105號(hào)樓的位置,。但還有些路,，比如南京西路，可能不止105號(hào),，可能要到257號(hào),。

　　實(shí)際上一個(gè)IP由網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)組成，共32位組成,。如果拿了前面24位做網(wǎng)絡(luò)號(hào),，那主機(jī)號(hào)就剩8位了，2的8次方=256,，最多表示表示256號(hào)樓,。因此為了多表示幾個(gè)樓,，可以向網(wǎng)絡(luò)號(hào)多挪幾位過(guò)來(lái)作為主機(jī)號(hào)。

　　那么具體多少位作為網(wǎng)絡(luò)號(hào)呢,？可以在IP后面加一個(gè)數(shù)字,，用來(lái)表明這一點(diǎn)。

　　于是就有了 192.168.0.105/24這種表示方法,，表明前24位192.168.0.0是網(wǎng)絡(luò)號(hào)，105是主機(jī)號(hào),。

　　有了網(wǎng)段,，就可以一次性表示一大批地址。就不需要像交換機(jī)那樣苦哈哈的一條一條MAC地址記錄在表里,。

　　路由表

　　路由器的作用,，可以幫助我們?cè)诨ヂ?lián)網(wǎng)世界里轉(zhuǎn)發(fā)消息到對(duì)應(yīng)的IP。

　　對(duì)比一下,。

　　交換機(jī),，是通過(guò) MAC 頭部中，接收方 MAC 地址,，來(lái)判斷轉(zhuǎn)發(fā)目標(biāo)的,。

　　路由器，則是根據(jù) IP 頭部中,， IP 地址來(lái)判斷的,。

　　由于使用的地址不同，記錄轉(zhuǎn)發(fā)信息的表也會(huì)不同,。

　　類似交換機(jī)的MAC地址表,，路由器也維護(hù)了一張路由表。

　　而路由表,，是用于告訴路由器,，什么樣的消息該轉(zhuǎn)發(fā)到什么端口。

　　假設(shè)A要發(fā)消息到D,。也就是192.168.0.105/24要發(fā)消息到192.168.1.11/24,。

　　那么A會(huì)把消息經(jīng)過(guò)交換機(jī)發(fā)到路由器。

　　路由器通過(guò)192.168.0.105/24獲得其網(wǎng)絡(luò)號(hào)是 192.168.0.0 ,，而目的地的網(wǎng)絡(luò)號(hào)是192.168.1.0,，二者網(wǎng)絡(luò)號(hào)不同，處于不同局域網(wǎng),。

　　查路由表,，發(fā)現(xiàn)192.168.1.0,在e2端口，那么就會(huì)把消息從e2端口發(fā)出,，到達(dá)交換機(jī),，交換機(jī)發(fā)現(xiàn)MAC地址是它局域網(wǎng)下的D機(jī)器,，就把消息打過(guò)去。

　　當(dāng)然,，如果路由表里找不到,，那就打到默認(rèn)網(wǎng)關(guān)吧，也就是從e1口發(fā)出,，發(fā)到IP192.0.2.1,。這個(gè)路由器的路由表不知道該去哪，說(shuō)不定其他路由器知道,。

　　路由器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

　　路由器內(nèi)部,，分為控制平面和數(shù)據(jù)平面，說(shuō)白了就是對(duì)應(yīng)軟件部分和硬件部分,。

　　硬件部分跟交換機(jī)很像,。數(shù)據(jù)從A網(wǎng)口進(jìn)入，此時(shí)數(shù)據(jù)還是網(wǎng)線上格式的電信號(hào),，會(huì)被PHY模塊轉(zhuǎn)為通用信號(hào)格式,，再被MAC模塊轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，通過(guò)FCS進(jìn)行錯(cuò)誤校驗(yàn),，同時(shí)校驗(yàn)MAC地址是否是自己,，通過(guò)校驗(yàn)則進(jìn)入內(nèi)存緩沖區(qū)，否則丟棄,。

　　再進(jìn)入軟件部分,，由路由選擇處理器，通過(guò)一定規(guī)則（軟件邏輯）,，查詢路由表判斷轉(zhuǎn)發(fā)目標(biāo)和對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)發(fā)口,，再經(jīng)由硬件部分的交換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)出去。

　　如果路由表中無(wú)法找到匹配記錄,，路由器會(huì)丟棄這個(gè)包,，并通過(guò)ICMP消息告知發(fā)送方。

　　路由器和交換機(jī)的主要區(qū)別

　　MAC模塊的區(qū)別

　　路由器和交換機(jī)不同點(diǎn)在于,，它的每個(gè)網(wǎng)口下,，都有一個(gè)MAC地址和IP地址。

　　正因?yàn)槁酚善骶哂?MAC 地址,，因此它能夠成為數(shù)據(jù)鏈路層的的發(fā)送方和接收方,。

　　怎么理解這句話？

　　前面提到交換機(jī),，是不具備MAC地址的,，而MAC報(bào)頭是需要填上目的MAC地址的。因此交換機(jī)從來(lái)都不是數(shù)據(jù)的目的地,，它只簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀到目的地,。

　　但路由器,，是有MAC地址的，因此MAC報(bào)頭就可以寫上,，下一站目的地就是xx路由,。

　　到了路由器后，路由器可以再次組裝下一站的目的MAC地址是再下一個(gè)路由,，通過(guò)這一點(diǎn),，讓數(shù)據(jù)在路由和路由之間傳輸。

　　而同時(shí)因?yàn)榻粨Q機(jī)不具有MAC地址,，因此也不會(huì)校驗(yàn)收到的數(shù)據(jù)幀的MAC地址是不是自己的,，全部收下做轉(zhuǎn)發(fā)。而路由器則會(huì)校驗(yàn)數(shù)據(jù)幀的MAC報(bào)頭里的目的MAC地址是不是自己,，是的話才會(huì)收入內(nèi)存緩沖區(qū),，否則丟棄,。

　　找不到轉(zhuǎn)發(fā)目的地時(shí)的處理方式有區(qū)別

　　如果在路由表中無(wú)法找到匹配的記錄,，路由器會(huì)丟棄這個(gè)包，并通過(guò) ICMP消息告知發(fā)送方,。

　　而交換機(jī)在MAC地址表里找不到轉(zhuǎn)發(fā)端口時(shí)會(huì)選擇廣播,。

　　這里的處理方式兩者是不同的，原因在于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的大小,。

　　交換機(jī)連接的網(wǎng)絡(luò)最多也就是幾千臺(tái)設(shè)備的規(guī)模,，這個(gè)規(guī)模并 不大。如果只有幾千臺(tái)設(shè)備,，遇到不知道應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)到哪里的包,，交換機(jī)可以將包發(fā)送到所有的端口上，雖然這個(gè)方法很簡(jiǎn)單粗暴,，但不會(huì)引發(fā)什么 問(wèn)題,。

　　但路由器工作的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境就是互聯(lián)網(wǎng)，全世界所有的設(shè)備都連接在互聯(lián)網(wǎng)上,，規(guī)模非常大,，并且這個(gè)規(guī)模還在持續(xù)擴(kuò)大中。如果此時(shí)它的操作跟交換機(jī)一樣,，將不知道應(yīng)該轉(zhuǎn)發(fā)到哪里的包發(fā)送到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上,，那就會(huì)產(chǎn)生大量的網(wǎng)絡(luò)包，造成網(wǎng)絡(luò)擁塞,。因此,，路由器遇到不知道該轉(zhuǎn)發(fā)到哪里的包， 就會(huì)直接丟棄,。

　　路由器和光貓有什么區(qū)別

　　不管是交換機(jī)還是路由器,，前面都是提到網(wǎng)口輸入的是電信號(hào),。但現(xiàn)在流行的是光纖傳輸，傳輸?shù)氖枪庑盘?hào),。

　　而光貓（modem）,，是一種調(diào)制解調(diào)器，其實(shí)就是用于光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的設(shè)備,。

　　接收數(shù)據(jù)時(shí),，可以將光纖里的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，發(fā)給路由器,，路由器內(nèi)部再轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào),，并在此基礎(chǔ)上做各種處理。

　　相反,，也會(huì)把路由器傳來(lái)的電信號(hào)轉(zhuǎn)為光信號(hào),，發(fā)到光纖，并進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng),。

　　總結(jié)

　　兩臺(tái)電腦可以通過(guò)一根網(wǎng)線直接連接,，進(jìn)行通信。

　　機(jī)器一多,，可以把網(wǎng)線都接到集線器（物理層）上,，但是集線器會(huì)不管三七二十一進(jìn)行廣播。

　　不想廣播,，可以用（二層）交換機(jī)（數(shù)據(jù)鏈路層）,，又叫多端口網(wǎng)橋，它比較聰明,，會(huì)自我學(xué)習(xí)生產(chǎn)MAC地址表,，知道消息發(fā)到哪，那就不需要廣播啦

　　互聯(lián)網(wǎng)電腦這么多,，交換機(jī)MAC地址表總不能全放下吧,。改用路由器（網(wǎng)絡(luò)層），也叫三層交換機(jī),，通過(guò)網(wǎng)段的方式定位要把消息轉(zhuǎn)發(fā)到哪,，就不需要像交換機(jī)那樣苦哈哈一條條記錄MAC地址啦。

　　路由器和光貓之間是好搭檔,，光貓負(fù)責(zé)把光纖里的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)給路由器,。

　　現(xiàn)在一般情況下，家里已經(jīng)不用集線器和交換機(jī)了,，大部分路由器也支持交換機(jī)的功能,。所以可以看到，家里的臺(tái)式機(jī)電腦一般就連到一個(gè)路由器，再連個(gè)光貓就夠能快樂(lè)上網(wǎng)了,。

　　最后

　　以前整個(gè)班的同學(xué)家里都不見(jiàn)得有一臺(tái)電腦,，都喜歡偷偷跑去網(wǎng)吧玩電腦。改革開(kāi)放的春風(fēng),，把電腦吹進(jìn)了每家每戶,，也把網(wǎng)吧給吹成了網(wǎng)咖。

　　從前的我晚上偷偷上網(wǎng),，現(xiàn)在的我,，接到報(bào)警，也能在大半夜爬起來(lái)網(wǎng)上沖浪,。

　　沒(méi)想到我以這種方式保持了當(dāng)初最純粹的質(zhì)樸,。

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電子技術(shù)應(yīng)用專欄作家 一口linux

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