集线器、交换机、路由器、猫

本文介绍了网络中常见的设备——集线器、交换机、路由器和调制解调器(猫)的作用。集线器工作在物理层,存在广播域和冲突域问题;交换机在数据链路层工作,通过MAC地址表分割冲突域;路由器位于网络层,用于不同网段间的通信;调制解调器则负责数字信号与模拟信号的转换,确保信息传输。

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在网络中,除了通信双方以外,还有很多其他设备起着至关重要的作用,没有它们就无法实现以太网通信,深入了解它们,更能加深我们对网络通信的理解

直连

用一根网线连接在两台主机的端口,我们称之为网口,每台主机的内部有一个芯片,用来发送和接收数据,我们称之为网卡,这就是最简单的网络连接方式

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集线器

两台主机通信可以直连,如果多台主机通信呢?总不能每台主机设计N个网口,这样肯定是不行的

在这里插入图片描述

既然无法每台主机设计多个网口,能否设计一个设备,具备多个网口,所有的主机只要连接在这个设备的网口上,不就可以通信了嘛

### 集线器交换机路由器的区别及功能 #### 集线器的功能与特点 集线器是一种基本的网络设备,仅具备简单的转发功能。其工作原理是在接收到数据信号后,会无差别地向所有端口广播该信号,而不考虑目标地址。因此,在同一冲突域内的所有设备都会接收到来自任何其他设备的数据帧,这可能导致带宽浪费以及潜在的安全风险。由于缺乏智能化处理能力,集线器被认为是被动式的硬件装置,并不运行专门的操作系统软件[^1]。 #### 交换机的工作机制及其分类 相比之下,交换机会更加智能一些。它能够识别并记录下连接到各个端口上的MAC地址信息,从而实现精确的目的地寻址传输服务。当一个数据包到达时,第二层(即数据链路层)交换机会检查目的MAC地址并将之定向发送给对应的接口;而第三层交换除了具有上述特性外还能执行IP路由选择操作,类似于小型化的内部网关协议路由器。不过总体而言,无论是哪种类型的交换机所提供的功能性都要逊色于真正的路由器产品[^2]。 #### 路由器的独特之处 作为高级别的联网组件之一,路由器不仅限于局域网内通信管理,还可以跨越多个不同子网甚至广域范围来进行高效的信息传递任务。通过解析更高层次——也就是网络层中的逻辑地址结构来决定最佳路径规划方案,进而完成跨网段间报文的有效分发作业。此外值得注意的是,现代路由器通常配备有丰富的配置选项支持多种安全策略实施手段,这些都是普通意义上的Hub所不具备的能力特征。 ```python # Python伪代码展示三种设备的主要区别 class Hub: def __init__(self): self.port_count = None def broadcast(self, data_signal): # 将接收到的数据信号无差别的传送给所有端口 pass class Switch(Layer=2): mac_table = {} @staticmethod def forward_based_on_mac(data_frame): destination_address = get_destination_from_data_frame(data_frame) if destination_address in Switch.mac_table.values(): send_to_specific_port(destination_address) class Router(NetworkLayer=True): routing_table = [] @classmethod def route_packet(cls, ip_packet): target_network = extract_target_network(ip_packet) for entry in cls.routing_table: if matches_route(entry, target_network): next_hop = determine_next_hop(entry) transmit_to(next_hop) ```
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