計算機網絡（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，也就是劃分物理網段，這樣主機與主機之間就不會再產生沖突，這種劃分方式叫做微分段；

  路由器的主要作用是去實現網絡層的網絡異構功能，將一個局域網劃分成一個個子網即邏輯網段，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，產生沖突的可能性就高；而在以前交換機剛剛出現的時候，雖然解決好了因集線器方式產生的沖突問題，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錯誤都不會導致主機不能運行；在大型網絡架構當中，必須保證任何一個儀器的損壞不會引起整個網絡的癱瘓，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，連接關于底層主機的交換機；核心層，連接關于分布層的交換機，實現超高速數據轉發，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數據報，當發現沒有這一IP數據報的源地址，就將源地址寫入到轉發表中，在進行廣播；這種方式在小的網絡架構中也許不會出現多大的問題，但在大的網絡架構中，幾十臺甚至幾百臺交換機在一起時，這種方式就會產生廣播風暴，可能使一個IP數據報由源主機發送到目的主機后會產生多個結果；而在源主機不知道目的主機的MAC地址，而使用ARP協議獲取時，也會產生多個由目的主機發來的MAC地址，導致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議來解決；

  路由器可以將一個網絡劃分成多個子網，而路由器又是根據什么來劃分子網的呢？

  子網掩碼

  使用子網掩碼可以實現邏輯網段的劃分，同IP地址一樣，子網掩碼是用的也是32bit二進制數字組成；原來的IP地址是兩級IP地址結構，只有網絡號以及主機號，而劃分子網的方法就是從主機位借用若干位作為子網號，形成網絡位，子網位，主機位三級IP地址結構；這樣的結構會使主機的數目降低，構成這個子網；

  子網掩碼是由一串0與1組成，子網掩碼中的1對應著IP地址的網絡位，子網掩碼中的0對應IP地址的主機位；

  如145.13.3.10 IP地址

  其為B類地址，有16為網絡位，16位主機位，則其子網掩碼為

  11111111.11111111.00000000.00000000

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

  如

  IP地址172.16.9.8

      10101000.00010000.00000000.00000000

      子網掩碼

      11111111.11111111.00000000.00000000

      邏輯與：

      10101000.00010000.00000000.00000000

  網絡地址172.16.0.0

  IP地址172.16.99.88

      10101000.00010000.01100011.01011000

      子網掩碼

      11111111.11111111.00000000.00000000

      邏輯與：

      10101000.00010000.00000000.00000000

  網絡地址172.16.0.0

  兩者網絡地址相同，在同一個網段中

  在大多數情況下，IP地址的子網掩碼都是使用默認的子網掩碼，也可手動指定

  如

  A類IP地址默認子網掩碼11111111.00000000.00000000.00000000

  B類IP地址默認子網掩碼11111111.11111111.00000000.00000000

  C類IP地址默認子網掩碼11111111.11111111.11111111.00000000

  D類IP地址默認子網掩碼11111111.11111111.11111111.11111111

  子網掩碼的表示形式也可寫成斜線記法的形式

  如

  172.16.99.88其子網掩碼為11111111.11111111.00000000.00000000

  可寫成172.16.99.88/16表示有16位網絡位的子網掩碼

  路由器

  路由器的作用是實現網絡層中的異構網絡，實現子網的劃分；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，這兩部分為目的網絡地址，子網掩碼以及下一跳地址；而在路由器中主要實現其功能的基礎就是路由表，當路由器收到數據報時將其IP地址與路由表中第一條記錄中的子網掩碼相與，得出結果與第一條記錄的目的網絡進行對比，若相同則表示該數據報要送的目的地址就是第一條記錄所對應的網絡地址，則將其轉發至這一條記錄的下一跳地址；否則就繼續將數據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的網絡地址；則將該數據報拋棄，表示在這個路由表中不存在該數據報目的地址所對應的網絡；

  路由表是路由器轉發數據的關鍵

  路由表是如何出現在路由器中：

  1.路由表是一組具有一定標準格式的數據信息；

  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，稱為靜態路由；

  3.如果是路由器之間通過特定協議相互通告得到的路由信息，稱為動態路由；

  4.一般來講，靜態路由永久有效，動態路由在特定時間范圍內有效；

  標準的路由條目：

  路由條目來源  目標網絡地址  [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地址對應的路由條目

   S：靜態路由

   D,R,O,O E1,O E2,D EX,B：動態路由

   S*：靜態默認路由

   D*，O*：動態默認路由

 在網絡出現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：查看是否是網線問題，網線是否斷開或者虛接；

 數據鏈路層：交換機是否正常運行；交換機物理介質與接口是否匹配；

 網絡層：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確定和解決介質問題

 線路是否損壞；

 是否引進了新的磁場；

 是否安裝新的設備；

 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命令來確定以太網接口狀態，如果出現許多CRC校驗錯誤但并沒有出現許多沖突，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；

 查看網絡線纜是否過長，兩個主機線纜之間的距離是否不符合標準，這樣會產生延遲沖突；

 ⑤雙工模式產生的問題

 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，一端設為自動協商，若自動協商失敗則端口會變為半雙工模式，導致不匹配；或者兩端都為自動協商模式，一端失敗后轉為半雙工，一端失敗后恢復為全雙工導致不匹配；

 雙工模式匹配時，若一端設為一種速度，另一端設為另一種速度則會導致不匹配；