計算機網絡基礎：7 交換機與路由器

交換機

交換機設備認識

• 如下圖所示是具有24個RJ-45端口的交換機，它一般用於小型局域網
  

• 交換機連接計算機如下圖
  

工作原理

• 交換機是工作在數據鏈路層的設備。它的主要功能是MAC地址學習、通信過濾（數據幀單點轉發）、避免迴路功能
• 在每個交換機內部都維護有一張MAC地址表，用於記錄交換機上每個端口所連接主機的MAC地址信息
• 交換機收到一個數據幀後，進行識別並根據幀的目的地址，將這個幀轉發對應的某個端口上去，而不是廣播到所有端口

MAC地址表

• 交換機具有MAC地址學習功能。交換機就是通過識別數據幀的源MAC地址，學習到MAC地址和源端口的對應關係的，主要過程如下：
  • 當第一次使用交換機時，交換機MAC表爲空，此時交換機會將源MAC地址與源端口建立交換映射，並將其寫入交換機的MAC表
  • 將數據幀（含有目標MAC地址）從所有其他端口轉發出去
  • 當接受者接受到數據幀並返回信息時，交換機便記住對應的MAC地址與端口的映射，並將其對應的關係寫入MAC地址表中，以便下次轉發
• 例子：PC1（MAC地址M1）想要發送數據幀給PC2（MAC地址M2），其MAC地址學習過程如下：

數據交換方式

• 建立MAC地址表與端口的映射：交換機監測發送到每個交換機端口的數據幀，通過數據幀中的源主機MAC地址、目的主機的MAC地址，在交換機中建立一張MAC地址表和端口的映射
• 判斷廣播幀和單播幀：當源數據幀中的MAC地址在MAC表中找到，需要判斷是廣播幀還是單播幀；如果爲廣播幀，則向所有端口（除接受該數據幀的端口外）轉發數據幀；如果爲單播幀，則查找已有MAC地址表，按照映射關係進行數據轉發

路由器

路由器設備認識

• 路由器工作在OSI參考模型的第三層——網絡層，具有網絡層的相關內容，它連接不同的網絡，在網絡之間轉發IP數據報

• 路由器具有多個輸入端口和多個輸出端口。其任務就是轉發IP數據報（分組）。將路由器某個輸入端口收到的分組，按照目的地，從路由器的某個輸出端口轉發給下一跳路由器
  

• 連接兩個不同的局域網，並且使局域網接入廣域網

路由器分類

• 家庭路由器

  • 功能比較簡單，價格便宜
  • 支持撥號，內置DHCP服務器（可以共享上網計算機動態分配地址），並可進行靜態地址分配
    

• 模塊化結構的路由器

  • 通常中高端路由器採用模塊化結構，低端路由器採用非模塊化結構
  • 可以在中小型企業網中擔當核心路由器

路由器端口

• 路由器接口（又稱端口）主要分爲三類
  • 局域網端口：局域網接口主要用於路由器與局域網進行連接。RJ-45接口（如圖黃色標示）是最常見的端口，即雙絞線以太網端口
  • 廣域網端口：路由器要實現與廣域網連接。會用到同步串口（Serial），這種端口連接網絡的兩端，都要求實現同步
  • 配置端口：路由器的配置端口有“Console”和“Aux”端口兩種。
    • “Console”端口常在本地配置路由器連接計算機時使用。使用Console線的一端連接路由器的Console口，另一端連接計算機，用戶可通過計算機運行終端仿真程序，在本地進行路由器配置
    • “Aux”端口在路由器遠程配置連接時使用

工作原理

• 分組轉發：根據轉發表來進行分組的處理，也就是將從端口收入的數據包，根據它的目的地查找轉發表從而從輸出端口送出去
• 路由選擇：要根據相鄰路由器之間通過路由協議實現相鄰路由器相互的學習，從而生成一張路由表，轉發表就是由路由表而來的。路由選擇就是及時的維護和更新這張路由表，路由表是根據算法得到的

路由表

• 路由表主要分爲三部分：目的網絡，子關掩碼和下一站
• 注意
  • 路由表是以目的網絡好爲目的地，而不是目的主機的IP地址爲目的地
  • 路由表示到達下一站的如何傳輸，而不是全部路徑