網絡是怎樣連接的:探索集線器、路由器和交換機

最近有時間學習下計算機網絡,從一本經典書籍《網絡是如何連接的》入門,提供每一章節後的題目供自己檢驗和思考。

1.局域網中使用的雙絞線中爲什麼要將信號線纏繞在一起?

      爲了抑制噪聲的影響

局域網網線使用的是雙絞線,其中“雙絞”的意思就是以兩根信號線爲一組纏繞在一起,這種擰麻花一樣的設計是爲了抑制噪聲的影響。

影響網線的電磁波分爲兩種。

一種是由電機、熒光燈、CRT顯示器等設備泄漏出來的電磁波,這種電磁波來自網線之外的其他設備,我們來看看雙絞線如何抑制這種電磁波的影響。首先,信號線是用金屬做成的,當電磁波接觸到信號線時,會沿電磁波傳播的右旋方向產生電流,這種電流會導致波形發生失真。如果我們將信號線纏繞在一起,信號線就變成了螺旋形,其中兩根信號線中產生的噪聲電流方向就會相反,從而使得噪聲電流相互抵消,噪聲就得到了抑制。當然,即便信號線變成螺旋形,裏面的信號依然可以原樣傳輸,也就是說,信號沒有變,只是噪聲被削弱了。

另一種電磁波是從網線中相鄰的信號線泄漏出來的。由於傳輸的信號本身就是一種電流,當電流流過時就會向周圍發出電磁波,這些電磁波對於其他信號線來說就成了噪聲。這種內部產生的噪聲稱爲串擾(crosstalk)。要抑制這種噪聲,關鍵在於雙絞線的纏繞方式。在一根網線中,每一對信號線的扭絞間隔(節距)都有一定的差異,這使得在某些地方正信號線距離近,另一些地方則是負信號線距離近。由於正負信號線產生的噪聲影響是相反的,所以兩者就會相互抵消。從網線整體來看,正負的分佈保持平衡,自然就會削弱噪聲的影響。

2.將輸入的信號廣播到所有端口上的設備是交換機還是集線器?

     集線器

當信號到達集線器後,會被廣播到整個網絡中。以太網的基本架構[插圖]就是將包發到所有的設備,然後由設備根據接收方MAC地址來判斷應該接收哪些包,而集線器就是這一架構的忠實體現,它就是負責按照以太網的基本架構將信號廣播出去。

3.用來指定網絡號和主機號比特數的值叫什麼?

    子網掩碼

     路由表的子網掩碼列只表示在匹配網絡包目標地址時需要對比的比特數量。

4.將大網絡包進行拆分的功能叫什麼?

     分片

     路由器的端口並不只有以太網一種,也可以支持其他局域網或專線通信技術。不同的線路和局域網類型各自能傳輸的最大包長度也不同,因此輸出端口的最大包長度可能會小於輸入端口。即便兩個端口的最大包長度相同,也可能會因爲添加了一些頭部數據而導致包的實際長度發生變化,ADSL、FTTH等寬帶接入技術中使用的PPPoE協議就屬於這種情況。無論哪種情況,一旦轉發的包長度超過了輸出端口能傳輸的最大長度,就無法直接發送這個包了。

     遇到這種情況,可以使用IP協議中定義的分片功能對包進行拆分,縮短每個包的長度。需要注意的是,這裏說的分片和TCP對數據進行拆分的機制是不同的。TCP拆分數據的操作是在將數據裝到包裏之前進行的,換句話說,拆分好的一個數據塊正好裝進一個包裏。從IP分片的角度來看,這樣一個包其實是一個未拆分的整體,也就是說,分片是對一個完整的包再進行拆分的過程。

5.路由器的路由表中有時可以看到子網掩碼爲0.0.0.0的記錄,這代表什麼意思?

     默認路由

     子網掩碼0.0.0.0的意思是網絡包接收方IP地址和路由表目標地址的匹配中需要匹配的比特數爲0,換句話說,就是根本不需要匹配。只要將子網掩碼設置爲0.0.0.0,那麼無論任何地址都能匹配到這一條記錄,這樣就不會發生不知道要轉發到哪裏的問題了。只要在這一條記錄的網關列中填寫接入互聯網的路由器地址,當匹配不到其他路由時,網絡包就會被轉發到互聯網接入路由器。因此這條記錄被稱爲默認路由,這一行配置的網關地址被稱爲默認網關。

 

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