硬件基础集线器、交换机、路由器原理

OSI七层模型

OSI介绍

OSI （Open System Interconnect）模型全称为开放式通信系统互连参考模型，是国际标准化组织 ( ISO ) 提出的一个试图使各种计算机在世界范围内互连为网络的标准框架

OSI将计算机网络体系结构划分为七层，每一层实现各自的功能和协议，并完成与相邻层的接口通信。即每一层扮演固定的角色，互不打扰

OSI相关学习网站

https://www.cnblogs.com/jokej/p/10923752.htmlhttps://www.cnblogs.com/jokej/p/10923752.html

1.1应用层

应用层位于 OSI 参考模型的第七层，其作用是通过应用程序间的交互来完成特定的网络应用

该层协议定义了应用进程之间的交互规则，通过不同的应用层协议为不同的网络应用提供服务。例如域名系统 DNS，支持万维网应用的 HTTP 协议，电子邮件系统采用的 SMTP协议等在应用层交互的数据单元我们称之为报文

表示层

表示层的作用是使通信的应用程序能够解释交换数据的含义，其位于 OSI参考模型的第六层，向上为应用层提供服务，向下接收来自会话层的服务

该层提供的服务主要包括数据压缩，数据加密以及数据描述，使应用程序不必担心在各台计算机中表示和存储的内部格式差异

会话层

会话层就是负责建立、管理和终止表示层实体之间的通信会话

该层提供了数据交换的定界和同步功能，包括了建立检查点和恢复方案的方法

传输层

传输层的主要任务是为两台主机进程之间的通信提供服务，处理数据包错误、数据包次序，以及其他一些关键传输问题

1.5网络层

两台计算机之间传送数据时其通信链路往往不止一条，所传输的信息甚至可能经过很多通信子网

网络层的主要任务就是选择合适的网间路由和交换节点，确保数据按时成功传送

在发送数据时，网络层把传输层产生的报文或用户数据报封装成分组和包，向下传输到数据链路层

在网络层使用的协议是无连接的网际协议（Internet Protocol）和许多路由协议，因此我们通常把该层简单地称为 IP 层

1.6数据链路层

数据链路层通常也叫做链路层，在物理层和网络层之间。两台主机之间的数据传输，总是在一段一段的链路上传送的，这就需要使用专门的链路层协议

在两个相邻节点之间传送数据时，数据链路层将网络层交下来的 IP数据报组装成帧，在两个相邻节点间的链路上传送帧

每一帧的数据可以分成：报头head和数据data两部分:

head 标明数据发送者、接受者、数据类型，如 MAC地址
data 存储了计算机之间交互的数据
通过控制信息我们可以知道一个帧的起止比特位置，此外，也能使接收端检测出所收到的帧有无差错，如果发现差错，数据链路层能够简单的丢弃掉这个帧，以避免继续占用网络资源

1.7物理层

作为OSI?参考模型中最低的一层，物理层的作用是实现计算机节点之间比特流的透明传送

该层的主要任务是确定与传输媒体的接口的一些特性（机械特性、电气特性、功能特性，过程特性）

该层主要是和硬件有关，与软件关系不大

2. 集线器

2.1 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)

2.2 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。?

2.3 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。

2.4 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

3. 交换机

3.1 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）

3.2 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。

3.3 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。

3.4 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

4. 路由器

4.1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。

4.11路由器学习相关网站

csdn - 安全中心https://link.csdn.net/?target=https%3A%2F%2Fwww.luyouqi.com%2Fshezhi%2F1851.html

4.2 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。

4.3 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。

4.4 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。

4.5 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