1)网络介质#

①网线#

⭐RJ45水晶头#

• 五类线,超五类,六类线(千兆)
• 它们都包含8根铜芯,组成4对双绞线

对于百兆网络（100Mbps）,通常由五类线组成：

• 1、2线芯（发送）3、6线芯（接收）
• 只用两对双绞线（4芯）（1236）传输数据
• 其余4芯空闲；用于额外供电、反向供电、POE供电

💡 有些AP节点、无线路由器,只需要接根网线就行了,实际上是空闲的4芯发挥作用,进行供电！

在千兆网络中,所有8芯都必须工作,不能省略

双绞线#

• 非屏蔽双绞线（UTP）
• 屏蔽双绞线（STP）
  • 外包有了一层金属箔,具有较好的抗干扰性
  • 但价格高,体积和重量大,不易施工
  • 主要用于外界电磁干扰比较大或者对数据传输安全性要求较高的环境

5类 VS 6类#

在现代网络布线中,5类线（Cat 5）和6类线（Cat 6）是两种广泛应用的双绞线类型

对比项	5类线	6类线
传输频率	100MHz	250MHz
传输速率	100Mbps	1Gbps
线缆结构	四对双绞线,无分隔	十字骨架分隔设计
抗干扰能力	较弱	显著增强
适用场景	家庭网络、普通办公室	企业级网络、数据中心
价格	较低	略高

📌 单位换算

• 1Byte（字节）= 8bit（比特）
• 100Mb（百兆）= 12.5MB
• 1000Mb（千兆）= 125MB

✅ 如果只是日常上网、看视频,5类线足够使用 若需要千兆网络、未来扩展性或稳定传输,推荐使用6类线

2)如何进行传输#

（1）在两台主机之间需要有传输介质（网线、光纤、无线等）

（2）在两台主机上面需要有网卡设备

网卡：全球唯一的地址（MAC）

• 在发送信息时：将二进制（数字信号）信息转换为高低电压（电信号）→ 调制过程
• 在接收信息时：将高低电压（电信号）信息转换为二进制数（数字信号）→ 解调过程

（3）🧣 网络传输速率

• 1Byte（字节）= 8bit（比特）
• 100Mb（百兆）相当于12.5MB

理论上1秒钟可以传输12.5MB的数据,但传输过程中一般都有损耗

• 每秒传输只要超过10MB就是正常了

千兆网同理,超过100MB就可以了

⭐磁盘存储容量#

用户常常感到”硬盘/U盘买回来变小了”的主要原因？

电脑里面1T = 1024GB,而厂家是1T = 1000GB,所以会有差异

其中规律为 1T ≈ 931GB

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①中继器#

• 物理层：按位传递信息
• 典型结构：2个端口（1进1出）
• 目的：延长网络传输距离
• 相当于一个”喇叭”

A 传给它,它大声喊给 B

• 不解析数据内容,也不关心 MAC 地址、IP 地址等高层信息

②网桥#

• MAC层是数据链路层
• 故网桥属于数据链路层的设备

③交换机#

MAC地址#

• 也称为物理地址或硬件地址,每个 MAC 地址在全球是唯一的
• 它用于在数据链路层识别网络设备

格式：

• 通常由 6 个字节（48 位）组成,用 16 进制表示
• 8421,一个16进制的数代表4位
• 一共48位,可以由12个16进制数进行表示

常见格式如：00:1A:2B:3C:4D:5E 或 00-1A-2B-3C-4D-5E

共6个字节：

• 前 3 个字节分配给厂商
• 后 3 个字节由厂商自行分配,确保不重复

1
ipconfig /all    # Windows查看物理地址

• 交换机也工作在数据链路层
• 三层交换机就是具有了路由功能的交换机
• 交换机里面有一个MAC地址表,没有ARP缓存表
  • 记录的是”哪个 MAC 地址出现在哪个端口”
  • 交换机设备具有MAC地址学习功能
  • MAC地址和端口之间的映射,用于转发数据帧

ARP缓存表存的是IP地址和MAC地址的映射

后面详细介绍ARP缓存表

1
当主机 A 发送一个 ARP 请求（广播帧）,交换机会把它泛洪到所有端口（除了接收端口）
2
这个请求包含源IP地址和MAC地址,还有目的IP地址,问对应的MAC地址
3
主机 B 收到后,发现是找自己的 IP,就回一个 ARP 应答（单播帧）
4
交换机看到这个帧的源 MAC,就学习到 B 的 MAC 在哪个端口
5
# 这是 MAC 表,不是 ARP 表！

🏂网桥VS交换机#

二层交换机的基本功能与网桥一样,具有帧转发、帧过滤（依靠MAC地址表决定帧是否需要转发,以及向何处转发）和生成树算法功能（防止出现环路）

网桥和交换机的区别：

④集线器(Hub)#

• 集线器既不解析数据内容,也不关心 MAC 地址、IP 地址等高层信息
  • 这一点和中继器一样

• 集线器运行CSMA/CD协议
• 而是基于广播完成数据的转发
  • 当一个节点发送数据的时候,所有节点都能够收到
  • 连接到一个集线器的所有节点共享一个冲突域

为什么现在很少用 Hub？

• 效率低：所有设备共享带宽（如 100Mbps Hub,有8台设备,则每台平均仅12.5Mbps）
• 冲突多：所有端口在同一冲突域,容易发生数据碰撞
• 不安全：任何设备都能”听到”其他设备的数据（嗅探风险）
• 已被交换机（Switch）取代

🏞️冲突域VS广播域#

冲突域：在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发送的帧

比如,用一条双绞线连接到两个PC机,一个PC节点发送数据帧,另一个PC节点也能收到数据帧

我们再思考为什么集线器不隔离冲突域？

它接受到一个节点的数据帧后会发送到各个节点中,“它发送数据没有针对性,以广播的形式发送”,故不会隔离冲突域

集线器（Hub）设备不能识别MAC地址和IP地址,对接收到的数据以广播的形式发送,它的所有端口为一个冲突域同时也为一个广播域

但是交换机会隔离冲突域,它毕竟是二层设备

在一个局域网中主机之间的通信是通过物理地址来完成的

计算机通信就像人类写信交流一样,必须要有个正确的收信地址,对方才有可能接收到,而这个收信地址就是MAC地址

交换机设备具有MAC地址学习功能,通过查找MAC地址表将接收到的数据传送到目的端口,相比于集线器,交换机(Switch)可以分割冲突域,它的每一个端口相应的称为一个冲突域

交换机虽然能够分割冲突域,但是交换机下连接的设备依然在一个广播域中,当交换机收到广播数据包时,会在所有的设备中进行传播,在一些情况下会导致网络拥塞以及安全隐患

为了避免因不可控制的广播导致的网络故障风险,通信网络中使用路由器（Router）设备来分割广播域

• 相比于交换机,路由器并不通过MAC地址来确定转发数据的目的地址
• 路由器工作在网络层,利用不同网络的ID号（IP地址）来确定数据转发的目的地址

本来,二层交换机只能构建单一的广播域,不过使用VLAN功能后,有了VLAN id相当于三层设备路由器的网络id。它能够将网络分割成多个广播域。也就是说,VLAN可以隔离广播域

VLAN#

1)未分割广播域#

为什么需要分割广播域呢？

那是因为,如果仅有一个广播域,有可能会影响到网络整体的传输性能

图中,是一个由5台二层交换机（交换机1～5）连接了大量客户机构成的网络

假设这时,计算机A需要与计算机B通信。在基于以太网的通信中,必须在数据帧中指定目标MAC地址才能正常通信,因此计算机A必须先广播”ARP请求（ARP Request）信息”,来尝试获取计算机B的MAC地址

交换机1收到广播帧（ARP请求）后,会将它转发给除接收端口外的其他所有端口,也就是Flooding（泛洪）。接着,交换机2收到广播帧后也会Flooding。交换机3、4、5也还会Flooding。最终ARP请求会被转发到同一网络中的所有客户机上

这个ARP请求原本是为了获得计算机B的MAC地址而发出的。也就是说：只要计算机B能收到就万事大吉了。可是事实上,数据帧却传遍整个网络,导致所有的计算机都收到了它

如此一来,一方面广播信息消耗了网络整体的带宽,另一方面,收到广播信息的计算机还要消耗一部分CPU时间来对它进行处理。造成了网络带宽和CPU运算能力的大量无谓消耗

广播域的分割与VLAN的必要性

分割广播域时,一般都必须使用到路由器。使用路由器后,可以以路由器上的网络接口（LAN Interface）为单位分割广播域

但是,通常情况下路由器上不会有太多的网络接口,其数目多在1～4个左右。与路由器相比,二层交换机一般带有多个网络接口

因此如果能使用它分割广播域,那么无疑运用上的灵活性会大大提高

用于在二层交换机上分割广播域的技术,就是VLAN

通过利用VLAN,我们可以自由设计广播域的构成,提高网络设计的自由度

2)实现VLAN的机制#

在理解了”为什么需要VLAN”之后,接下来让我们来了解一下交换机是如何使用VLAN分割广播域的

首先,在一台未设置任何VLAN的二层交换机上,任何广播帧都会被转发给除接收端口外的所有其他端口（Flooding）

例如,计算机A发送广播信息后,会被转发给端口2、3、4

如果在交换机上生成红、蓝两个VLAN；同时设置端口1、2属于红色VLAN、端口3、4属于蓝色VLAN

再从A发出广播帧的话,交换机就只会把它转发给同属于一个VLAN的其他端口——也就是同属于红色VLAN的端口2,不会再转发给属于蓝色VLAN的端口

同样,C发送广播信息时,只会被转发给其他属于蓝色VLAN的端口,不会被转发给属于红色VLAN的端口

就这样,VLAN通过限制广播帧转发的范围分割了广播域

上图中为了便于说明,以红、蓝两色识别不同的VLAN,在实际使用中则是用”VLAN ID”来区分的

需要不同VLAN间通信时怎么办？

请大家再次回忆一下：VLAN是广播域。而通常两个广播域之间由路由器连接,广播域之间来往的数据包都是由路由器中继的。因此,VLAN间的通信也需要路由器提供中继服务,这被称作”VLAN间路由”

这里大家先记住不同VLAN间互相通信时需要用到路由功能

⑤路由器#

• 用于隔离不同的广播域

• 一般在网络出口的位置处摆放一台路由器
  • 通常作为网关出现
  • 实现不同网段之间通讯需要经过一条必经之路,这条路称为网关

ARP协议#

地址解析协议,即ARP（Address Resolution Protocol）,是根据IP地址获取MAC地址的协议

• ARP协议是网络层协议,是因为ARP协议属于TCP/IP协议簇
• 但ARP协议工作在链路层

路由表#

功能：当主机要发送一个 IP 包时,先查路由表,确定：

• 是否是本地网段？
• 如果不是,下一跳路由器的 IP 是谁？
• 从哪个网卡（接口）发出去？

关键点：

• 路由表只处理 IP 层,不关心 MAC
• 它可能指向一个本地主机（同网段）,也可能指向一个网关（不同网段）

1
ip route show
2
# 或简写
3
ip r

1
[root@test ~]# ip route show
2

3
default via 10.0.0.2 dev eth0 proto static metric 100
4
# default：默认路由（即网关）
5
# via 10.0.0.2：下一跳IP地址（也就是网关的IP地址）
6
# dev eth0：出站网卡
7

8
10.0.0.0/24 dev eth0 proto kernel scope link src 10.0.0.128 metric 100
9
172.17.0.0/16 dev docker0 proto kernel scope link src 172.17.0.1
10
# 到172.17.0.0/16网段,网络接口是dev docker0,接口IP是172.17.0.1

1
[root@test ~]# route -n
2

3
Kernel IP routing table
4
Destination     Gateway         Genmask         Flags Metric Ref    Use Iface
5
0.0.0.0         10.0.0.2        0.0.0.0         UG    100    0        0 eth0
6
# 这个是默认网关,默认都往这里发送包
7
10.0.0.0        0.0.0.0         255.255.255.0   U     100    0        0 eth0
8
172.17.0.0      0.0.0.0         255.255.0.0     U     0      0        0 docker0

1
[root@oldboy ~]# netstat -rn
2

3
# netstat：网络统计工具
4
# -r：显示路由表
5
# -n：以数字形式显示IP和端口
6

7
# 所以 netstat -rn = "以 IP 地址形式显示当前系统的路由表"
8

9
Kernel IP routing table
10
Destination     Gateway         Genmask         Flags   MSS Window  irtt Iface
11
0.0.0.0         10.0.0.2        0.0.0.0         UG        0 0          0 ens33
12
10.0.0.0        0.0.0.0         255.255.255.0   U         0 0          0 ens33
13
# 和上面显示的内容一模一样

Windows#

以管理员或普通用户身份打开命令提示符（CMD）或 PowerShell

route print#

ARP缓存表#

功能：将 IP 地址 → MAC 地址 映射缓存起来,避免每次通信都广播 ARP 请求

何时使用？

• 如果路由表说”目标在本地网段” → 查目标 IP 的 MAC
• 如果路由表说”发给网关 192.168.1.1” → 查网关 IP 的 MAC

关键点：

• ARP表只对直连网络有效（即同一广播域内）
• 路由器不会帮你查远程主机的 MAC——你只能查到下一跳的 MAC

Linux#

arp命令可用于查询本机ARP缓存中IP地址和MAC地址

arp -n（查看arp缓存表）#

arp -d（删除缓存）#

Windows#

arp -a（查看所有 ARP 条目）#

arp -d（删除某一条）#

1
arp -d *    # 清空 ARP 缓存（需管理员权限）

🧣重点区分#

ARP表主要存在于主机和路由器上

❗ 关键区分：

• 交换机没有 ARP 表（除非是三层交换机）
  • 交换机里面是MAC表
• 主机没有 MAC 表（它只关心自己的 ARP 表）

主机用 ARP 表解决”IP → MAC”,交换机用 MAC 表解决”MAC → 端口”

ARP请求,靠广播+洪泛传播,后续通信靠缓存提速

ARP请求是主机发的,交换机只是洪泛它