计算机网络（四）——交换机与路由器

  交换机的主要作用是为了解决因为冲突而导致的资源浪费问题，交换机将每一个主机或分为一个冲突域，也就是划分物理网段，这样主机与主机之间就不会再产生冲突，这种划分方式叫做微分段；

  路由器的主要作用是去实现网络层的网络异构功能，将一个局域网划分成一个个子网即逻辑网段，分别进行管理，将广播域划分，划分成一个个小的广播域，这种划分方式也就是子网划分；

  首先先说交换机，交换机采用的是全双工模式进行通信，仅限于点对点连接，不会产生冲突，而在以前所使用的集线器采用的是半双工模式进行通信，他可以在同一时间进行单向的通信，产生冲突的可能性就高；而在以前交换机刚刚出现的时候，虽然解决好了因集线器方式产生的冲突问题，但仍然有一些问题的存在；交换机的连接方式大多采用树形连接，一台交换机在连接着底层的主机时还必须保证在这台交换机出现损坏后，连在这台交换机下的主机能够正常运行，这个时候就必须加上另一台交换机连接这些主机，两台交换机不论谁出现错误都不会导致主机不能运行；在大型网络架构当中，必须保证任何一个仪器的损坏不会引起整个网络的瘫痪，这个时候就必须有冗余；而交换机连接的层级有三种，接入层，专门连接底层主机；分布层，连接关于底层主机的交换机；核心层，连接关于分布层的交换机，实现超高速数据转发，以万兆为单位；交换机的工作方式是当收到某一封装好的IP数据报，当发现没有这一IP数据报的源地址，就将源地址写入到转发表中，在进行广播；这种方式在小的网络架构中也许不会出现多大的问题，但在大的网络架构中，几十台甚至几百台交换机在一起时，这种方式就会产生广播风暴，可能使一个IP数据报由源主机发送到目的主机后会产生多个结果；而在源主机不知道目的主机的MAC地址，而使用ARP协议获取时，也会产生多个由目的主机发来的MAC地址，导致MAC地址抖动，目标主机无法识别；而这些由交换机带来的新的问题都可以由生成树协议来解决；

  路由器可以将一个网络划分成多个子网，而路由器又是根据什么来划分子网的呢？

  子网掩码

  使用子网掩码可以实现逻辑网段的划分，同IP地址一样，子网掩码是用的也是32bit二进制数字组成；原来的IP地址是两级IP地址结构，只有网络号以及主机号，而划分子网的方法就是从主机位借用若干位作为子网号，形成网络位，子网位，主机位三级IP地址结构；这样的结构会使主机的数目降低，构成这个子网；

  子网掩码是由一串0与1组成，子网掩码中的1对应着IP地址的网络位，子网掩码中的0对应IP地址的主机位；

  如145.13.3.10 IP地址

  其为B类地址，有16为网络位，16位主机位，则其子网掩码为

  11111111.11111111.00000000.00000000

  而在路由器当中，当收到一个封装好的数据报时，将其目的IP地址与保存在路由器中的路由表的子网掩码相与所得出的网络地址，是否与该路由表中的子网掩码所对应的网络地址相同，若相同，则该数据报所要寻找的目的地址，就是该网络地址，若不相同则往下继续与子网掩码相与；若都不相同则抛弃该数据报，表示该路由器相连的子网没有一个是其目的子网；而每一个网络地址都代表着一个子网；所以要判断一个数据报是否属于这个子网，就要判断其网络地址是否相同；

  如

  IP地址172.16.9.8

      10101000.00010000.00000000.00000000

      子网掩码

      11111111.11111111.00000000.00000000

      逻辑与：

      10101000.00010000.00000000.00000000

  网络地址172.16.0.0

  IP地址172.16.99.88

      10101000.00010000.01100011.01011000

      子网掩码

      11111111.11111111.00000000.00000000

      逻辑与：

      10101000.00010000.00000000.00000000

  网络地址172.16.0.0

  两者网络地址相同，在同一个网段中

  在大多数情况下，IP地址的子网掩码都是使用默认的子网掩码，也可手动指定

  如

  A类IP地址默认子网掩码11111111.00000000.00000000.00000000

  B类IP地址默认子网掩码11111111.11111111.00000000.00000000

  C类IP地址默认子网掩码11111111.11111111.11111111.00000000

  D类IP地址默认子网掩码11111111.11111111.11111111.11111111

  子网掩码的表示形式也可写成斜线记法的形式

  如

  172.16.99.88其子网掩码为11111111.11111111.00000000.00000000

  可写成172.16.99.88/16表示有16位网络位的子网掩码

  路由器

  路由器的作用是实现网络层中的异构网络，实现子网的划分；路由器中的路由表主要是由三部分组成但不是说就这三部分，这两部分为目的网络地址，子网掩码以及下一跳地址；而在路由器中主要实现其功能的基础就是路由表，当路由器收到数据报时将其IP地址与路由表中第一条记录中的子网掩码相与，得出结果与第一条记录的目的网络进行对比，若相同则表示该数据报要送的目的地址就是第一条记录所对应的网络地址，则将其转发至这一条记录的下一跳地址；否则就继续将数据报与下一跳记录进行相同的操作，若在路由表中没有找到对应的网络地址；则将该数据报抛弃，表示在这个路由表中不存在该数据报目的地址所对应的网络；

  路由表是路由器转发数据的关键

  路由表是如何出现在路由器中：

  1.路由表是一组具有一定标准格式的数据信息；

  2.如果是管理员收到的添加到路由表中的信息，这类路由信息，称为静态路由；

  3.如果是路由器之间通过特定协议相互通告得到的路由信息，称为动态路由；

  4.一般来讲，静态路由永久有效，动态路由在特定时间范围内有效；

  标准的路由条目：

  路由条目来源  目标网络地址  [管理距离/度量值] via 下一跳地址

  路由条目的来源：

   C：直接路由，在路由器物理接口上配置的IP地址对应的路由条目

   S：静态路由

   D,R,O,O E1,O E2,D EX,B：动态路由

   S*：静态默认路由

   D*，O*：动态默认路由

 在网络出现故障时如何排除故障？

 ①使用分层方式排除交换机故障

 物理层：查看是否是网线问题，网线是否断开或者虚接；

 数据链路层：交换机是否正常运行；交换机物理介质与接口是否匹配；

 网络层：交换机管理是否正常；

 分层查看，确定问题在哪里，这样方便解决问题；

 ②确定和解决介质问题

 线路是否损坏；

 是否引进了新的磁场；

 是否安装新的设备；

 流量模式是否变更；

 ③噪声过多

 查看是否是线缆损坏

 使用show interface ethernet EXEC命令来确定以太网接口状态，如果出现许多CRC校验错误但并没有出现许多冲突，则证明是噪声引起的问题；

 ④冲突过多，延迟冲突

 使用show interface ethernet来检查冲突率是否超过0.1；

 查看网络线缆是否过长，两个主机线缆之间的距离是否不符合标准，这样会产生延迟冲突；

 ⑤双工模式产生的问题

 双工模式

 两端端口必须都为同样的双工模式；

 一端为全双工，一端设为自动协商，若自动协商失败则端口会变为半双工模式，导致不匹配；或者两端都为自动协商模式，一端失败后转为半双工，一端失败后恢复为全双工导致不匹配；

 双工模式匹配时，若一端设为一种速度，另一端设为另一种速度则会导致不匹配；