集线器、交换机、路由器原理

1. 集线器

1.1 介绍

集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层（物理层）。(集线器一般都是星型拓扑)

1.2 原理

集线器会将其收到的信号广播到其所有端口上，信号从这些端口流出后，到达连接这些端口的设备。该设备在收到信号后会根据其MAC头部中的接收方MAC地址判断此以太网帧是否是发给自己的，是则接收，不是则丢弃。

1.3 工作过程

首先是节点发信号到线路，集线器接收该信号，因信号在电缆传输中有衰减，集线器接收信号后将衰减的信号整形放大，最后集线器将放大的信号广播转发给其他所有端口。

1.4 优缺点

优点：解决了总线型网络的不稳定性，在物理层上扩大了物理网络的覆盖范围
缺点：无法解决冲突域与广播域问题，而且还增大了冲突的概率

2. 交换机

2.1 介绍

交换机（二层设备）主要功能是组织局域网，经过交换机内部处理解析信息之后，讲信息以点对点的形式发送给固定端。（通过学习连接的每个终端的 MAC 地址，将数据发送给对应的目的终端上）

2.2 学习MAC地址

交换机通过数据帧的源 MAC 地址，学习到交换机端口和 MAC 地址的对应关系，并记录到交换机的 MAC 地址表中。

2.3 转发原理

当数据来到交换机上，交换机会先查看数据包中的源MAC地址，将源MAC地址和进入接口的对应关系记录再本地的MAC地址表中。之后，再查看数据包中的目标MAC地址，基于目标MAC地址查看本地的MAC地址表，如果有记录，则根据记录进行转发，实现单播；如果没有记录，则泛洪 — 除了进入接口外，剩余所有接口都发送一遍。

2.4 优点

（1）隔离冲突域
（2）全双工通信（可同时发送接收）
（3）独享带宽

3. 路由器

3.1介绍

路由器，又称路径器，是工作在网络层上，可以连接不同的网络，能够选择数据传送路径并对数据进行转发的网络设备，属于第三层转接设备。被连接的两个IP子网在物理上既可能是局域网，也可能是广域网，他们具有不同的IP网络号，不能直接通信，需经过路由器进行转接。

3.2 功能

最主要的功能为实现信息的转送。如同快递公司来发送邮件。邮件并不是瞬间到达最终目的地，而是通过不同分站的分拣，不断的接近最终地址，从而实现邮件的投递过程的。

3.3 原理

路由器的多个端口可以连接多个网段，每个端口的IP地址的网络地址都必须与所连接的网段的网络地址一致。不同的端口它的网络地址是不同的，所对应的网段也是不同的，这样才能使各个网段中的主机通过自己网段的IP地址把数据发送到路由器上。

3.4 IP地址和子网掩码

IP地址由网络地址和主机地址两部分组成。在Internet中采用的是由子网掩码来确定网络地址和主机地址。子网掩码与IP地址一样都是32位的，并且这两者是一一对应的，子网掩码中**“1”对应IP地址中的网络地址**，“0”对应的是主机地址，网络地址和主机地址就构成了一个完整的IP地址。

3.5 作用

实现网络互连，为分组数据提供转发。
（1）进行外部网关协议和其他自治域之间拓扑信息的交换。
（2）隔离子网
（3）隔离泛洪
（4）指定访问规则
（5）依据路由表的信息，对数据包下一传输目的地进行选择