小马哥网络课笔记3----计算机之间的连接方式
一、基础知识
一台电脑发送请求给另一台电脑，需要知道对方的ip地址和网卡地址，最终是根据MAC地址（网卡地址），输送数据到网卡，被网卡接收。
发送一个请求，这个请求中包含源ip地址、目标ip地址、源MAC地址、目标MAC地址
电脑的网卡接收到这个请求数据的时候， 如果发现目标MAC地址就是自己的地址，那么就会将该数据传递给上一层处理，否则丢弃。
二、计算机之间的连接方式
网线直连
图片.png
使用ping命令，可以让一台电脑与另一台电脑通信，使用的是ICMP协议，比如：地址为192.168.1.10的电脑ping 地址为192.168.1.11的电脑，
首先ping的时候只知道另一台电脑的ip地址，并不知道MAC地址，所以会先发送广播，即ARP协议，向网段内的所有所有电脑发送信息，目标MAC地址为FFFF.FFFF.FFFF，192.168.1.11的电脑收到这个广播后，会将自己的MAC地址发送给它，下次就可以直接通信了。
同轴电缆
同轴电缆中，一台电脑想将一个数据发送给其中一台电脑时，信号在发送出去后，向所有线路发送。并且另外一台电脑在发送信号前会检测线路中是否已经有其他的数据正在发送，如果有会等待一定的时间再次尝试发送。同轴电缆一个很大的缺点是不安全，万一其中一条线路断开，所有的线路都会瘫痪。
图片.png
半双工通信是指两个设备之间连接线同时只能有一个方向的信号通过，全双工通信是指可以多方向通过。
不安全是指一台电脑发送数据给另一台的时候，数据包会发送给所有的电脑，数据容易泄露。
集线器
集线器和同轴电缆很像，但是有一个好处是，万一其中一条线路断开，不会影响其他线路。
集线器有多个口，每个口都可以连接一台电脑，通信原理和同轴电缆一样，也是半双工通信。
通信机制同样是，有信号发送时它会将信号发送给所有线路，所以说即使发送数据给目标ip设备，集线器仍然会将数据发送给所有设备。但是只有目标ip设备接收到数据后会处理，其他设备接收到数据后舍弃。
图片.png
如果一个集线器口子不够用，可以集线器连集线器
图片.png
因为集线器每次通信都会将数据发送给所有线路，当连接的电脑数量大时，就会有问题，等待时间过长，所以诞生了网桥。
网桥
网桥能够通过自学习得知每个接口那侧的MAC地址，并记录下来。从而起到隔绝冲突域的作用。
图片.png
如下图所示，两个集线器都连接了多台电脑，网桥连接了这连个集线器。当某台电脑发送数据通过网桥时，网桥接收数据的那侧端口会记录下这台电脑的MAC地址，经过很多次数据通信后，网桥会记录下很多台计算机的MAC地址，并且知道它是在哪侧端口。那么当源计算机发送数据给目标计算机时，网桥会判断目标计算机是在哪一侧，如果它没有记录过就传递给下一侧，如果记录过并且和源计算机在同一侧端口，网桥就不会将这次数据通信发送给另一侧，从而阻止了大量不必要的通信。
图片.png
虽然网桥能够隔绝冲突域，但仍然无法真正解决集线器连接的设备间通信的缺点。交换机的出现刚好能解决这些问题。
交换机
交换机相当于集线器和网桥的集合体，它有很多个端口，可以连接很多台电脑，并且可以自学习每个端口通信的MAC地址并记录下来。关键是它是全双工通信，数据可以双向传递。
图片.png
下图所示，一台交换机连接了多台计算机，在源计算机发送数据给目标计算机时，先广播给交换机连接的所有计算机，目标计算机收到后回复源计算机，这样交换机就记录下了这两台计算机的MAC地址。源计算机得到目标计算机MAC地址后，再发送数据时，交换机就可以直接将数据发送给目标计算机，从而保护了数据安全，并且阻止了无用通信。
图片.png
一台交换机的端口如果不够用，可以交换机连接另一台交换机。
图片.png
直连、同轴电缆、集线器、交换机这几种连接方式要求计算机都在同一个网段下才行。例如：192.168.1.10和192.168.1.11就是在同一个网段，而192.168.1.10和192.168.2.10就不是同一网段。
所以这几种连接方式都存在一个问题，连接的计算机数量有限。后来的路由器就是为了解决这个问题而诞生。
路由器
广播是在同一个网段下才会发送的，也可以称为同一个广播域，直连、同轴电缆、集线器、交换机这几种方式连接的计算机就是在同一个广播域。路由器可以隔绝广播域，也可以在不同网段间转发数据。
路由器有多个端口，每个端口有MAC地址，而且每个使用的端口都需要设置ip地址，它的ip地址就是网关（gateway）。
路由器连接的必须是不同网段的设备，如果是同一网段，会访问不通
图片.png
下图所示，有2台电脑连接一个交换机，处在192.168.1网段下。
另外2台电脑连接另一个交换机，处在192.168.2网段下。
路由器的2个端口分别连接这2台交换机，并且路由器端口ip地址和交换机连接电脑要在同一网段下。
计算机的网关也要设置和路由器的端口ip地址一致。
图片.png
现在模拟通信过程：
1、计算机0向计算机1发送数据
它的过程是：首先计算机0发现计算机1的ip地址和自己处于同一网段下，为了获得计算机1的MAC地址需要向广播域内发送ARP广播，计算机1和路由器端口都收到了广播，计算机1会回传自己的MAC地址给计算机0。然后计算机0知道了计算机1的MAC地址后，它就会直接发送ICMP数据给计算机1。
2、计算机0向计算机3发送数据
它的过程是：首先计算机0发现计算机1和自己处于不同网段下，必须要通过路由器做跨广播域传递数据。想通过路由器发数据，肯定要先拿到路由器端口的MAC地址，为了获得路由器端口MAC地址，先向广播域内发送ARP广播，路由器端口收到广播后，将自己的MAC地址回传给计算机0。然后计算机0向计算机1发送ICMP数据，路由器网关收到数据后，再通过与计算机1所在广播域连接的端口发送广播，获得计算机1的MAC地址。有了MAC地址，之后计算机0就可以用ICMP通过路由器向计算机1发送数据了。
