Gateway, Router, Modem, Switch, Bridge, Hub傻傻分不清(3)

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书接上回,继续介绍调制解调器,集线器和网桥:

调制解调器Modem

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  • 调制解调器是信号转换的工具,它分为调制和解调两个功能;

  • 调制(modulation)即把原信号转化成适用于传输的信号类型,而解调(demodulation)就是其反过程,两者结合实现双向通信;

  • 调制解调器是物理层设备,改变的是信号传播的物理方式;

  • 我们在通信中常用到的调制解调器类型:

    • 将数字信号变为无线电磁波的天线系统;
    • 将数字信号转化为光信号的光调制解调器;
    • 将数字信号转化为模拟信号的ADSL调制解调器;
  • 比如运营商希望利用现有电话线让用户上网,那么就需要在用户家中或在运营商的机房安装调制解调器,将数字信号转化为能够在电话线上传输的模拟信号;

  • 再比如光纤入户的楼宇,都需要安装光猫,将光纤信号转化为数字信号,供房间内的设备上网,因为设备一般都只能用RJ45的网线;

  • 所以一般家庭网络连接互联网的连接顺序是host-->路由器-->Modem-->互联网,其中路由器+调制解调器的组合经常被称为网关;

集线器Hub

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  • 集线器是最原始的通信设备,它的构造和功能都非常简单,就是解决局域网的互联互通;

  • 集线器不会对数据包进行解析,单纯地进行信号放大和转发,工作在层一,物理层;

  • 集线器的通信原理是,将任何端口收到的数据包,在其他n-1个端口上进行广播,一个hub即一个广播域,可以把集线器看成一个大喇叭;收到广播的主机,如果是发给自己的数据则会进行响应,如果不是给自己的数据则会丢弃;

  • 进行广播时,其他端口只能收听这个数据包,其他数据包必须排队等待,所以一个hub同时也是一个冲突域;可以理解为,集线器内部只有一条公共信道,所有端口都连接到这一条公共信道上,而这条信道同时只能传递一条消息;

  • 工作模式为半双工,即不能同时接收和发送;为了避免冲突,hub采用了CSMA/CD冲突规避机制;

  • 集线器适用于小型网络,但因为传输效率不高,现在基本都被交换机替代了,我们接下来看看hub的升级设备--网桥;

网桥Bridge

在通过hub组成最初级的局域网之后,如何将多个局域网连接起来,同时又能控制冲突域?于是,网桥出现了

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  • 网桥可以识别数据帧中携带的MAC地址,是运行在层二,数据链路层的设备;

  • 网桥有学习能力,内部有一张MAC地址表,记录着所连接的子网内的MAC和端口的映射关系;

  • 网桥的工作机制:

    • 在源host给网桥端口广播数据帧时,网桥会将源host的MAC地址登记到桥接表中,这样就实现了MAC和端口的映射关系;
    • 当host发出一个数据帧后,到达网桥端口,网桥会解析数据帧中的目标MAC地址,并检查是否在其桥接表中;
    • 如果在桥接表,则检查是否与源MAC同属一个端口,如果属于一个端口则不转发,如果不在一个端口,则向目的端口进行广播;
    • 如果不在桥接表中,则会在其他端口进行广播;
  • 网桥的两端分别连接两个局域网,但这两个局域网的网段必须是同一个,否则必须通过路由才能通信,所以网桥的存在实际上是扩大了局域网的物理范围;

  • 和hub相比,网桥并没有缩小广播域,对于广播消息来说,同样在所有端口进行广播,因为网桥连接的仍然是同一个局域网/子网;

  • 但网桥确实分割了冲突域,通过MAC识别和筛选,每个端口对应一个冲突域,这样就优化了局域网的性能,能够承载更多host;

  • 网桥还具有缓存功能,首先是采用CSMA/CD的防撞机制,而且当网桥连接的两端带宽不一样时,也需要进行缓存buffer;

说到这里,你应该已经能隐隐看到交换机的原型了,网桥是集线器的升级版,而交换机就是网桥的升级版,交换机在网桥的基础上增加了更多端口,更大的带宽,更小的冲突域,我们下一节详细讲解。

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