計算機網(wǎng)絡(luò)（四）——交換機與路由器

  交換機的主要作用是為了解決因為沖突而導(dǎo)致的資源浪費問題，交換機將每一個主機或分為一個沖突域，也就是劃分物理網(wǎng)段，這樣主機與主機之間就不會再產(chǎn)生沖突，這種劃分方式叫做微分段；

  路由器的主要作用是去實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)功能，將一個局域網(wǎng)劃分成一個個子網(wǎng)即邏輯網(wǎng)段，分別進行管理，將廣播域劃分，劃分成一個個小的廣播域，這種劃分方式也就是子網(wǎng)劃分；

  首先先說交換機，交換機采用的是全雙工模式進行通信，僅限于點對點連接，不會產(chǎn)生沖突，而在以前所使用的集線器采用的是半雙工模式進行通信，他可以在同一時間進行單向的通信，產(chǎn)生沖突的可能性就高；而在以前交換機剛剛出現(xiàn)的時候，雖然解決好了因集線器方式產(chǎn)生的沖突問題，但仍然有一些問題的存在；交換機的連接方式大多采用樹形連接，一臺交換機在連接著底層的主機時還必須保證在這臺交換機出現(xiàn)損壞后，連在這臺交換機下的主機能夠正常運行，這個時候就必須加上另一臺交換機連接這些主機，兩臺交換機不論誰出現(xiàn)錯誤都不會導(dǎo)致主機不能運行；在大型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)當中，必須保證任何一個儀器的損壞不會引起整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓，這個時候就必須有冗余；而交換機連接的層級有三種，接入層，專門連接底層主機；分布層，連接關(guān)于底層主機的交換機；核心層，連接關(guān)于分布層的交換機，實現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，以萬兆為單位；交換機的工作方式是當收到某一封裝好的IP數(shù)據(jù)報，當發(fā)現(xiàn)沒有這一IP數(shù)據(jù)報的源地址，就將源地址寫入到轉(zhuǎn)發(fā)表中，在進行廣播；這種方式在小的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中也許不會出現(xiàn)多大的問題，但在大的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，幾十臺甚至幾百臺交換機在一起時，這種方式就會產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，可能使一個IP數(shù)據(jù)報由源主機發(fā)送到目的主機后會產(chǎn)生多個結(jié)果；而在源主機不知道目的主機的MAC地址，而使用ARP協(xié)議獲取時，也會產(chǎn)生多個由目的主機發(fā)來的MAC地址，導(dǎo)致MAC地址抖動，目標主機無法識別；而這些由交換機帶來的新的問題都可以由生成樹協(xié)議來解決；

  路由器可以將一個網(wǎng)絡(luò)劃分成多個子網(wǎng)，而路由器又是根據(jù)什么來劃分子網(wǎng)的呢？

  子網(wǎng)掩碼

  使用子網(wǎng)掩碼可以實現(xiàn)邏輯網(wǎng)段的劃分，同IP地址一樣，子網(wǎng)掩碼是用的也是32bit二進制數(shù)字組成；原來的IP地址是兩級IP地址結(jié)構(gòu)，只有網(wǎng)絡(luò)號以及主機號，而劃分子網(wǎng)的方法就是從主機位借用若干位作為子網(wǎng)號，形成網(wǎng)絡(luò)位，子網(wǎng)位，主機位三級IP地址結(jié)構(gòu)；這樣的結(jié)構(gòu)會使主機的數(shù)目降低，構(gòu)成這個子網(wǎng)；

  子網(wǎng)掩碼是由一串0與1組成，子網(wǎng)掩碼中的1對應(yīng)著IP地址的網(wǎng)絡(luò)位，子網(wǎng)掩碼中的0對應(yīng)IP地址的主機位；

  如145.13.3.10 IP地址

  其為B類地址，有16為網(wǎng)絡(luò)位，16位主機位，則其子網(wǎng)掩碼為

  11111111.11111111.00000000.00000000

  而在路由器當中，當收到一個封裝好的數(shù)據(jù)報時，將其目的IP地址與保存在路由器中的路由表的子網(wǎng)掩碼相與所得出的網(wǎng)絡(luò)地址，是否與該路由表中的子網(wǎng)掩碼所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址相同，若相同，則該數(shù)據(jù)報所要尋找的目的地址，就是該網(wǎng)絡(luò)地址，若不相同則往下繼續(xù)與子網(wǎng)掩碼相與；若都不相同則拋棄該數(shù)據(jù)報，表示該路由器相連的子網(wǎng)沒有一個是其目的子網(wǎng)；而每一個網(wǎng)絡(luò)地址都代表著一個子網(wǎng)；所以要判斷一個數(shù)據(jù)報是否屬于這個子網(wǎng)，就要判斷其網(wǎng)絡(luò)地址是否相同；

  如

  IP地址172.16.9.8

      10101000.00010000.00000000.00000000

      子網(wǎng)掩碼

      11111111.11111111.00000000.00000000

      邏輯與：

      10101000.00010000.00000000.00000000

  網(wǎng)絡(luò)地址172.16.0.0

  IP地址172.16.99.88

      10101000.00010000.01100011.01011000

      子網(wǎng)掩碼

      11111111.11111111.00000000.00000000

      邏輯與：

      10101000.00010000.00000000.00000000

  網(wǎng)絡(luò)地址172.16.0.0

  兩者網(wǎng)絡(luò)地址相同，在同一個網(wǎng)段中

  在大多數(shù)情況下，IP地址的子網(wǎng)掩碼都是使用默認的子網(wǎng)掩碼，也可手動指定

  如

  A類IP地址默認子網(wǎng)掩碼11111111.00000000.00000000.00000000

  B類IP地址默認子網(wǎng)掩碼11111111.11111111.00000000.00000000

  C類IP地址默認子網(wǎng)掩碼11111111.11111111.11111111.00000000

  D類IP地址默認子網(wǎng)掩碼11111111.11111111.11111111.11111111

  子網(wǎng)掩碼的表示形式也可寫成斜線記法的形式

  如

  172.16.99.88其子網(wǎng)掩碼為11111111.11111111.00000000.00000000

  可寫成172.16.99.88/16表示有16位網(wǎng)絡(luò)位的子網(wǎng)掩碼

  路由器

  路由器的作用是實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)層中的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)子網(wǎng)的劃分；路由器中的路由表主要是由三部分組成但不是說就這三部分，這兩部分為目的網(wǎng)絡(luò)地址，子網(wǎng)掩碼以及下一跳地址；而在路由器中主要實現(xiàn)其功能的基礎(chǔ)就是路由表，當路由器收到數(shù)據(jù)報時將其IP地址與路由表中第一條記錄中的子網(wǎng)掩碼相與，得出結(jié)果與第一條記錄的目的網(wǎng)絡(luò)進行對比，若相同則表示該數(shù)據(jù)報要送的目的地址就是第一條記錄所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址，則將其轉(zhuǎn)發(fā)至這一條記錄的下一跳地址；否則就繼續(xù)將數(shù)據(jù)報與下一跳記錄進行相同的操作，若在路由表中沒有找到對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)地址；則將該數(shù)據(jù)報拋棄，表示在這個路由表中不存在該數(shù)據(jù)報目的地址所對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)；

  路由表是路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的關(guān)鍵

  路由表是如何出現(xiàn)在路由器中：

  1.路由表是一組具有一定標準格式的數(shù)據(jù)信息；

  2.如果是管理員收到的添加到路由表中的信息，這類路由信息，稱為靜態(tài)路由；

  3.如果是路由器之間通過特定協(xié)議相互通告得到的路由信息，稱為動態(tài)路由；

  4.一般來講，靜態(tài)路由永久有效，動態(tài)路由在特定時間范圍內(nèi)有效；

  標準的路由條目：

  路由條目來源  目標網(wǎng)絡(luò)地址  [管理距離/度量值] via 下一跳地址

  路由條目的來源：

   C：直接路由，在路由器物理接口上配置的IP地址對應(yīng)的路由條目

   S：靜態(tài)路由

   D,R,O,O E1,O E2,D EX,B：動態(tài)路由

   S*：靜態(tài)默認路由

   D*，O*：動態(tài)默認路由

 在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障時如何排除故障？

 ①使用分層方式排除交換機故障

 物理層：查看是否是網(wǎng)線問題，網(wǎng)線是否斷開或者虛接；

 數(shù)據(jù)鏈路層：交換機是否正常運行；交換機物理介質(zhì)與接口是否匹配；

 網(wǎng)絡(luò)層：交換機管理是否正常；

 分層查看，確定問題在哪里，這樣方便解決問題；

 ②確定和解決介質(zhì)問題

 線路是否損壞；

 是否引進了新的磁場；

 是否安裝新的設(shè)備；

 流量模式是否變更；

 ③噪聲過多

 查看是否是線纜損壞

 使用show interface ethernet EXEC命令來確定以太網(wǎng)接口狀態(tài)，如果出現(xiàn)許多CRC校驗錯誤但并沒有出現(xiàn)許多沖突，則證明是噪聲引起的問題；

 ④沖突過多，延遲沖突

 使用show interface ethernet來檢查沖突率是否超過0.1；

 查看網(wǎng)絡(luò)線纜是否過長，兩個主機線纜之間的距離是否不符合標準，這樣會產(chǎn)生延遲沖突；

 ⑤雙工模式產(chǎn)生的問題

 雙工模式

 兩端端口必須都為同樣的雙工模式；

 一端為全雙工，一端設(shè)為自動協(xié)商，若自動協(xié)商失敗則端口會變?yōu)榘腚p工模式，導(dǎo)致不匹配；或者兩端都為自動協(xié)商模式，一端失敗后轉(zhuǎn)為半雙工，一端失敗后恢復(fù)為全雙工導(dǎo)致不匹配；

 雙工模式匹配時，若一端設(shè)為一種速度，另一端設(shè)為另一種速度則會導(dǎo)致不匹配；