這里有兩臺電腦通過一根網(wǎng)線將兩臺電腦連接起來，設(shè)備之間可以相互傳輸數(shù)據(jù)。現(xiàn)在增加一臺電腦，總數(shù)變?yōu)槿_，任意兩臺電腦想要傳數(shù)據(jù)，需要三根網(wǎng)線，并且每臺設(shè)備需要兩個網(wǎng)口。再增加一臺電腦，四臺設(shè)備實現(xiàn)任意兩臺互聯(lián)，每臺電腦需要三個網(wǎng)口，并且需要六根網(wǎng)線。隨著設(shè)備數(shù)量的增加，對網(wǎng)口和網(wǎng)線的數(shù)量要求呈幾何級增長。比較理性的朋友肯定會發(fā)現(xiàn)，這么搞下去，成本實在太高，太費錢。

    交換機的英文名稱是Switch，直譯過來是開關(guān)。國內(nèi)的專家覺得“開關(guān)”這個名詞非常不直觀，把開關(guān)打開，這里的開關(guān)是指電源開關(guān)呢？還是交換機呢？而交換機這個名字聽起來更強大，看名字就了解實際功能。（交換機字面意思：用于交換數(shù)據(jù)的機器）這里海翎光電的小編要吐槽一下Kalpana公司了，你知不知道你起的名字，給多少美國兒童帶來了噩夢啊？如下圖：小朋友生日時想要一Switch，結(jié)果收到的卻是交換機。哈哈哈。

    說起路由器，想必大家都不會陌生。每個家庭都會至少有一個路由器來連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。但是還有小伙伴提到，交換機是用來做什么的？它與路由器有什么區(qū)別呢?我們經(jīng)常聽到的網(wǎng)關(guān)和路由又是什么意思呢？

    交換機的主要功能就是把數(shù)據(jù)包發(fā)送到正確的位置。交換機相當(dāng)于郵遞員，根據(jù)數(shù)據(jù)包中的目標mac地址，找到它對應(yīng)的物理端口。一臺交換機有很多個端口，它們都有自己的編號（如下圖）。計算機的網(wǎng)卡通過網(wǎng)線連接到交換機的網(wǎng)口上，這個端口就是一個確定的物理位置。我們只要知道某個網(wǎng)卡的mac地址在哪個端口上，我們就能正確的把數(shù)據(jù)包發(fā)給它。

圖示海翎研制的工業(yè)交換機每個端口的編號

    所以在交換機中有一張端口與mac地址的映射關(guān)系表，交換機維護這張映射關(guān)系表，想要與某個mac地址通信時，只需要來查詢一下這個mac在哪個端口上，然后從對應(yīng)的端口發(fā)送出去就可以了。

    每一包數(shù)據(jù)都會有兩個mac地址，一個是發(fā)送方的mac地址，稱為源mac。另一個是接收方的mac地址稱為目標mac。交換機收到一包數(shù)據(jù)后，首先要把這包數(shù)據(jù)的源mca與接收端口進行綁定，然后交換機要根據(jù)目標mac查找，從哪個端口把數(shù)據(jù)包發(fā)送出去。

    這個時候就會出現(xiàn)兩種情況。第一種情況是mac地址表中查詢到關(guān)聯(lián)的端口，則直接從關(guān)聯(lián)端口發(fā)出。第二種情況是mac地址表中沒有查詢到關(guān)聯(lián)的端口，則向除了接收端口之外的所有端口群發(fā)。這種行為稱之為泛洪。如果目標mac地址在這個網(wǎng)絡(luò)中則它一定能收到群發(fā)的數(shù)據(jù)包。如此運行一段時間后，通過交換機的mac地址表，就可以找到網(wǎng)絡(luò)中的所有網(wǎng)卡設(shè)備。

    由此可見，交換機只會關(guān)心數(shù)據(jù)包中的mac地址，而不會關(guān)心IP地址。mac地址在TCP/IP協(xié)議中，處于第二層數(shù)據(jù)鏈路層。

    我們再來看一下路由器，我們知道路由器有兩種接口，一種是LAN口，一種是WAN口。LAN口可以有多個，用來接家庭網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。比如臺式機，手機，筆記本。其中，手機和筆記本是通過WIFI連接到路由器的設(shè)備。也相當(dāng)于連接到了LAN口上。WAN口只有一個用來接入運營商網(wǎng)絡(luò)。連接到互聯(lián)網(wǎng)中。

    如果把路由器的WAN口忽略，只用LAN口。其實路由器就是一臺交換機。那考慮到WAN口呢？這里我們就要引入一個概念就是網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)是干什么的呢？為了說明網(wǎng)關(guān)的作用，我們需要先了解一下子網(wǎng)是如何劃分的。我們把IP地址和子網(wǎng)掩碼按位相與，與的意思就是1與幾就是幾，而0與幾都是0。

我們常用的子網(wǎng)掩碼，255.255.255.0前3個字節(jié)也就是前24位全是1后8位全為0。所以按位相與的結(jié)果，一定是這個IP地址的前三個字節(jié)不變，而最一個字節(jié)是0。

    比如192.168.1.10與255.255.255.0等于192.168.1.0。

    我們把IP地址與子網(wǎng)掩碼相與之后的結(jié)果相同的兩個IP認為是在同一個子網(wǎng)，也就是說IP為162.168.1.10，子碼掩網(wǎng)為255.255.255.0的這張網(wǎng)卡與另一個192.168.1.X的網(wǎng)卡，一定是在同一個子網(wǎng)當(dāng)中。

    因為子網(wǎng)掩碼都是連續(xù)的1和連續(xù)的0。所以我們通常用1的數(shù)量來表示子網(wǎng)掩碼。

    比如255.255.255.0就是24。我們用IP/子網(wǎng)掩碼來表示一個網(wǎng)絡(luò)。

    比如192.168.1.0/24表示的網(wǎng)絡(luò)中擁有255個IP地址。

    所以如果想擴大子網(wǎng)中IP地址的數(shù)量，我們只需要把子網(wǎng)掩碼調(diào)小。

    如果想減少子網(wǎng)中IP地址的數(shù)量，我們只需要把子網(wǎng)掩碼調(diào)大就可以了。

    知道了子網(wǎng)的概念，那子網(wǎng)有什么意義呢？因為tcp/ip協(xié)議規(guī)定，不同子網(wǎng)之間是不可以直接通信的。如果要通信需要通過網(wǎng)關(guān)來進行轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)關(guān)上有兩張網(wǎng)卡分別配置了屬于兩個子網(wǎng)的IP地址。可以在兩個網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，這樣我們就擁有了一個連接了兩個子網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)。

    我們舉一個簡單的例子：子網(wǎng)1中的計算機a發(fā)送數(shù)據(jù)包時，首先計算機a會根據(jù)目標IP判斷是否跟自己屬于同一個子網(wǎng)。如果是同一個子網(wǎng)則直接從網(wǎng)卡發(fā)出。如果不是同一個子網(wǎng)，則需要把數(shù)據(jù)包的目標mac地址改為網(wǎng)關(guān)mac，然后發(fā)送給網(wǎng)關(guān)。

    網(wǎng)關(guān)拿到這一包數(shù)據(jù)后，再通過路由表查詢到這一包數(shù)據(jù)屬于子網(wǎng)2,網(wǎng)關(guān)修改目標mac地址為計算機b的mac地址，修改源mac為自己的mac，然后從子網(wǎng)2的網(wǎng)卡發(fā)出，以上出現(xiàn)了多次根據(jù)目標ip判斷數(shù)據(jù)包應(yīng)該如何發(fā)送的行為，我們就稱之為路由。

    路由器有一個WAN口接入互聯(lián)網(wǎng)，多個LAN接入本地網(wǎng)絡(luò)。他們就分別屬于不同的子網(wǎng)，所以從內(nèi)網(wǎng)訪問互聯(lián)網(wǎng)就是跨網(wǎng)絡(luò)的行為，這時候就需要路由器來擔(dān)任網(wǎng)關(guān)的角色。他的行為就叫路由。

    細心的小伙伴可能已經(jīng)發(fā)現(xiàn)問題了，兩個不同家庭中的計算機可能都是192.168.1.10這個IP地址。如果按照上面所說的情況發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)上，那互聯(lián)網(wǎng)上不就會存在無數(shù)個相同的IP地址了？這確實是一個問題，歡迎大家在評論區(qū)討論交流。

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