[网络协议]网络（一）：物理层、数据链路层、网络层

物理层(集线器)

当我们试图建立两台电脑直接的连接时，可以用一根网线将他连接起来，只需每台电脑上各有一个网口，三台电脑互相连接，需要每台电脑上各有两个网口，随着需要连接的电脑的数量的增加，一台电脑上的网口数量也随之增加，这个时候我们需要一个更好的方式来替代这种方式 ———— 集线器

作用：将电信号不做任何处理转发给其它电脑(广播)。
物理层：因为集线器对电信号不做任何处理，所以定义为物理层。

Q：接收方怎么知道这数据包是发给自己的？

数据包结构图

发送方发送的数据包中会携带自己的MAC地址与接收方的MAC地址，将该数据包广播出去后，接收方通过对数据包头部中的目标MAC地址进行判断，属于自己的则接收，不属于自己的则丢弃。

数据链路层(交换器)

因为广播这种方式，既不安全，又浪费网络资源，所以我们需要一个更加智能的设备 ———— 交换器。由于其相对于交换器比较智能，我们将它划分到 “数据链路层” 。

从图中我们可以看到，交换机维护有一张MAC地址表(映射MAC地址和它的端口)。

作用：交换机接收发送方发来的数据包后，通过与自身维护的MAC地址表比较，找到与目标MAC地址映射的端口，通过该端口将数据包发给接收方。通过上述传输方式组成的小范围网络叫做：“以太网”。

Q：MAC地址表如何中的数据是怎么来的？如何维护?

通过以太网内各节点之间不断通过交换机通信，不断完善起来的。

1. 发送方发送数据包给交换器：发送方将数据包发送给交换器，若交换器维护的MAC地址表中，找不到发送方的MAC地址映射，则将该地址加入MAC地址进行维护。
2. 交换器转发数据包给接收方：交换器中维护有接收方MAC地址，则直接转发；未维护接收方MAC地址，则将数据包广播出去，目标电脑接收到数据包后，做出响应，MAC地址表更新一条记录。

Q：交换器端口连接的是另一个交换器MAC地址表如何存储？

左边交换器

结论：会将另一交换机所连接的电脑MAC地址全部维护进MAC地址表中

网络层(路由器)

随着连接的电脑数量的不断增加，交换机将变得难以无法维护，我们需要接入一个带有MAC地址的设备，同时还能对数据包进行一次转发————路由器。

注意：路由器每一个端口都有一个MAC地址

从图中我们可以看出，在同一个以太网内的电脑不需要路由器进行转发；在不同以太网内的电脑需要通过路由器进行转发。

Q：怎么判断电脑在同一个以太网内？

方法：赋予给每个以太网一个独有的标志(子网)，用于判断。

目前为止，我们用于判断发送方与接收方的唯一标识是MAC地址，假设，我们将MAC地址的一部分(前24位)作为该标志，但是我们知道MAC地址是在出厂时就固定了的，也就意味着，我们需要针对不同的以太网购置不同厂商的设备，且不说厂商是否有这么多家，而且日后这个网络的结构都不能轻易改变。

因此需要发明一个新的地址信息 “ip地址” 。 “ip地址” 是在软件层面上的地址信息，所以这是可以被我们控制的。我们通过子网掩码，对ip地址进行计算，得到子网。

总结
通过发送方电脑上设置的子网掩码，对发送方ip地址与接收方ip地址进行计算，如果相同，则不需要通过路由器进行转发；不同，则需要通过路由器进行转发。

Q：为什么引入一个带有MAC地址的设备后，能让MAC地址表更容易维护？

引入路由器之前

引入入路由器之后

可以看到未引入路由器之前，MAC地址表需要另一台交换器上的所有电脑MAC地址，而引入之后，则只需要维护路由器的MAC地址即可。

补充

MAC地址

MAC地址又称物理地址、硬件地址。长度为 48 位。前24位，代表网络硬件制造商的编号；后24位，是该厂家自己分配的，一般表示系列号。

参考

如果让你来设计网络，你会如何设计？