标签：计算机硬件 知识 地址 MAC 交换机 三层 路由 路由器
计算机硬件知识
1️⃣计算机相关硬件
计算机由运算器、控制器、存储器、输入设备和输出设备等五个逻辑计算机硬件部件组成。
①中央处理器（CPU）（运算器、控制器）
（1）运算器 ：
- 运算器是对数据进行加工处理的部件，它在控制器的作用下与内存交换数据，负责进行各类基本的算术运算、逻辑运算和其他操作。在运算器中含有暂时存放数据或结果的寄存器。运算器由算术逻辑单（ArithmeticLogicUnit，ALU）、累加器、状态寄存器和通用寄存器等组成。ALU是用于完成加、减、乘、除等算术运算，与、或、非等逻辑运算以及移位、求补等操作的部件
（2）控制器
- 控制器是整个计算机系统的指挥中心，负责对指令进行分析，并根据指令的要求，有序地、有目的地向各个部件发出控制信号，使计算机的各部件协调一致地工作。控制器由指令指针寄存器、 指令寄存器、控制逻辑电路和时钟控制电路等组成。
②存储器
主要功能是存放程序和数据，程序是计算机操作的依据，数据是计算机操作的对象。存储器是 由存储体、地址译码器、读写控制电路、地址总线和数据总线组成。能由中央处理器直接随机存取指令和数据的存储器称为主存储器，磁盘、磁带、光盘等大容量存储器称为外存储器（或辅助存储器）。由主存储器、外部存储器和相应的软件，组成计算机的存储系统。
③输出设备
显示器、打印机、绘图仪、影像输出系统、语音输出系统、磁记录设备等
- 输出设备（OutputDevice）是人与计算机交互的一种部件，用于数据的输出。它把各种计算结果数据或信息以数字、字符、图像、声音等形式表示出来。
④输入设备
键盘、扫描仪等设备
- 输入设备的任务是把用户要求计算机处理的数据、字符、文字、图形和程序等各种形式的信息转换为计算机所能接受的编码形式存入到计算机内。
2️⃣网络相关硬件
①集线器（HUB）
集线器的英文称为“Hub”。“Hub”是“中心”的意思，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。
特点：
- 1、扩大网络的传输范围，而不具备信号的定向传送能力，是—个标准的共享式设备 ，增加网络的节点数目；
- 2、所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有二个端口传送数据，其他端口只能等待，传输效率低。如果是个8口的HUB，那么每个端口得到的带宽就只有1/8的总带宽了；
- 3、 Hub只与它的上联设备(如上层Hub或交换机)进行通信，第一步是将信息上传到上联设备；第二步是上联设备再将该信息广播到所有端口上。（采用广播的形式来传输信息，可以实现多台电脑同时使用一个进线接口来上网或组成局域网 。）
- 4、不能保证数据传输的完整性和正确性。
②交换机
交换机一般用于局域网中，主要功能是根据MAC地址来进行数据的转发和交换。
特点：
- 1、交换机的每一个端口所连接的网络都是独立的，也就是独享带宽；
- 2、交换机所连接的设备仍然在同一个广播域内，也就是说，交换机不隔绝广播；
- 3、交换机根据MAC地址进行数据的转发，因此说交换机是工作在数据链路层的网络设备。（能够进行地址学习（源端和目标端的MAC地址），维护一张MAC地址表）
③路由器
路由器是一类网络互连设备(连接不同网络)，它基于OSI第3层地址在网络间传递数据分组。路由器能作出决定为网络上的数据分组选择最佳传递路径(选择信息传送的线路)，因为路由器根据网络地址转发数据。路由器的目的是检查每一个进来的分组（第3层数据），为它们选择穿过网络的最佳路径，然后将它们交换到适当的出口。在大型网络中，路由器是最重要的通信调节设备。实际上，路由器可以使任何种类的计算机与世界 上任何地方的其他计算机进行通信。
特点：
- 1、适用于大规模的网络；
- 2、为数据提供最佳的传输路径；
- 3、安全性高；
- 4、隔离不需要的通信量；
- 5、节省局域网的频宽；
- 6、安装和设置复杂；
- 7、价格较高。
路由器与交换机的区别
- 1、交换机工作在OSI第二层，路由器工作第三层。交换机的工作原理相对比较简单，而路由器具有更多的智能功能，如选择最佳的线路。
- 2、交换机属于OSI第二层即数据链路层设备。它根据MAC地址寻址。
- 3、路由器属于OSI第三层即网络层设备，它根据IP地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。
- 4、传统的交换机只能分割冲突域，而无法分割广播域；而路由器可以分割广播域。
④第三层交换机
三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。它解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
交换原理：
- 假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A要向“缺省网关”发出ARP(地址解析)封包，而“缺省网关”的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。当发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。从这以后，当A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因此三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速度，同时比相同路由器的价格低很多。
总结：即三层交换机在转发数据时会通过交换模块对各主机的mac地址进行保存，下一次转发数据时不用再广播ARP包来获取mac地址，加快转发数据速度
三层交换机与路由器的区别
①主要功能不同：
三层交换机同时具备了数据交换和路由转发两种功能，但其主要功能还是数据交换；而路由器 仅具有路由转发这一种主要功能。
②主要适用的环境不一样：
三层交换机的路由功能通常比较简单，因为它所面对的主要是简单的局域网连接。路由器主要是用于不同类型的网络之间。它最主要的功能就是路由转发，所以路由器的路由功能通常非常强大，不仅适用于同种协议的局域网间，更适用于不同协议的局域网与广域网间。它的优势在于选择最佳路由、负荷分担、链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等等路由器所具有功能。为了与各种类型的网络连接，路由器的接口类型非常丰富，而三层交换机则一般仅同类型的局域网接口，非常简单。
③性能体现不一样：
路由器和三层交换机在数据包交换操作上存在着明显区别。路由器一般由基于微处理器的软件路由引擎执行数据包交换，而三层交换机通过硬件执行数据包交换。
三层交换机的性能要远优于路由器，非常适用于数据交换频繁的局域网中；而路由器虽然路由功能非常强大，但它的数据包转发效率远低于三层交换机，更适合于数据交换不是很频繁的不同类型网络的互联，如局域网与互联网的互联。
⑤网关
网关在传输层上以实现网络互连，是最复杂的网络互连设备，仅用于两个高层协议不同的网络互连。基本功能是实现不同网络协议之间的转换。
特点：
- 1、将两个或多个在高层使用不同协议的网络段连接在一起的软硬件。
- 2、网关从一个网络收到数据包，重新打包成目的网络能接收并处理的格式。
- 3、理论上说，有多少种通信体系结构和应用层协议的组合，就可能有多少种网关。
3️⃣二层交换机和三层交换机的具体区别
二层交换机：
二层交换机工作于OSI模型的第2层(数据链路层)，故而称为二层交换机。
二层交换机作用：
二层交换技术发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。若应用不同子网中需要路由转发，但二层交换机并不具有此功能
二层交换机具体的工作流程如下：
①当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；
②再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；
③如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；
④如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了
不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。
二层过渡三层
二层交换技术从网桥发展到VLAN（虚拟局域网），在局域网建设和改造中得到了广泛的应用。第二层交换技术是工作在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层。它按照所接收到数据包的目的MAC地址来进行转发，对于网络层或者高层协议来说是透明的。它不处理网络层的IP地址，不处理高层协议的诸如TCP、UDP的端口地址，它只需要数据包的物理地址即MAC地址，数据交换是靠硬件来实现的，其速度相当快，这是二层交换的一个显著的优点。但是，它不能处理不同IP子网之间的数据交换。传统的路由器可以处理大量的跨越IP子网的数据包，但是它的转发效率比二层低，因此要想利用二层转发效率高这一优点，又要处理三层IP数据包，三层交换技术就诞生了。
三层交换机
三层交换（也称多层交换技术，或IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层——数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。
三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机。
三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而像路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。
三层交换机的作用：
三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
- 二层交换机用于小型的局域网络。这个就不用多言了，在小型局域网中，广播包影响不大，二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低廉价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。
- 而三层交换机的最重要的功能是加快大型局域网络内部的数据的快速转发，加入路由功能也是为这个目的服务的。如果把大型网络按照部门，地域等等因素划分成一个个小局域网，这将导致大量的网际互访，单纯的使用二层交换机不能实现网际互访；如单纯的使用路由器，由于接口数量有限和路由转发速度慢，将限制网络的速度和网络规模，采用具有路由功能的快速转发的三层交换机就成为首选。
- 一般来说，在内网数据流量大，要求快速转发响应的网络中，如全部由三层交换机来做这个工作，会造成三层交换机负担过重，响应速度受影响，将网间的路由交由路由器去完成，充分发挥不同设备的优点，不失为一种好的组网策略，当然，前提是你的腰包很鼓，不然就退而求其次，让三层交换机也兼为网际互连。
- 三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发，既可实现网络路由功能，又可根据不同网络状况做到最优网络性能。
三层交换机具体的工作流程如下：
①先读取数据包中的源mac地址，如果
②
③
④
4️⃣常见的网络连接介质
双绞线：
双绞线俗称网线，每条双绞线通过两端安装的RJ-45连接器（俗称水晶头）将各种网络设备连接起来。 多用于主机到集线器或交换机的连接。
双绞线中两种标准：
- 568A标准：绿白-1，绿-2，橙白-3，蓝-4，蓝白-5，橙-6，棕白-7，棕-8
- 568B标准：橙白-1，橙-2，绿白-3，蓝-4，蓝白-5，绿-6，棕白-7，棕-8
直通线：
- 双绞线两边是一样标准，如568B-568B（常用）
- 交换机到路由器、计算机到交换机、计算机到集线器等不同设备互联
交叉线：
- 双绞线两边是不一样标准，如568A-568B
- 交换机到交换机、交换机到集线器、集线器到集线器、路由器到路由器、计算机到计算机、计算机到路由器等相同设备互联
光纤
- 与其它传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号衰小、频带宽、传输速度快、传输距离大。主要用于要求传输距离较长、布线条件特殊的主干网连接。具有不受外界电磁场的影响，无限制的带宽等特点，可以实现每秒万兆位的数据传送，尺寸小、重量轻，数据可传送几百千米，价格昂贵。
标签：计算机硬件,知识,地址,MAC,交换机,三层,路由,路由器 来源： https://blog.csdn.net/qq_46093534/article/details/114448717
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