本文主要是介绍数据通信与网络（三），希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！
网络互联概述：
网络互联可在四个层次上实现：物理层、链路层、网络层和更高层。
就局域网而言，其扩展主要在物理层和数据链路层，并且通常利用集线器和交换机来实现
广域网主要由交换机、路由器、网关、调制解调器等多种数据交换设备和连接设备构成。
网络设备在OSI体系中的未知及功能层次：
网络互连设备
（1） 物理层设备—中继器 、集线器。 图中的PHY是物理层的意思。
中继器（集线器）的概念结构
中继器
负责在两个节点间完成信号的复制、调整和放大功能
以此来延长网络的长度。因为损耗，线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时就会造成信号失真
两端连接的通常是相同的媒体
集线器
本质上就是个多端口中继器，通常中继器只有两个端口 集线器有很多端口
可以作为网络汇集点连接多个设备
通过集线器连接的设备都属于同一个局域网段
集线器又称Hub
放大网络中的信号，延长网络的距离。
有很多端口：
每个端口可连接一个设备
从一个端口上收到数据，被复制到其他端口转发出去。
按照端口数量分类：8口、16口、或者24口等
按照带宽划分： 10Mbps、100Mbps、10/100Mbps集线器等
使用集线器的以太网在逻辑上仍是一个总线网，各工作站使用的还是 CSMA/CD（带冲突检测的载波监听多路访问技术(载波监听多点接入/碰撞检测) 协议），并共享逻辑上的总线
碰撞域增大了，但总的吞吐量并未提高
如果不同的碰撞域使用不同的数据率，那么用集线器将它们互连起来后，都使用最低的数据率
用集线器构建的网络的特点
所有主机共享带宽
无法限制冲突和广播
适用于小型网络
例：用集线器搭建简单的网络
以1台服务器，3台PC机为例： 一台HUB 4块UTP接口的网卡 4台PC机 8个RJ45接头（水晶头） 若干米UTP双绞线
利用集线器进行扩展
在物理层利用集线器对小型局域网连接，其连接方法有多集线器级联结构和堆叠式级联结构,其结构如图所示。
网络接口卡
简称为网卡,插在计算机总线插槽内或外部接口上。
网卡的主要功能：
网卡的功能是与网络操作系统配合工作，负责将要发送的数据转换为网络上其它设备能够识别的格式，如下图所示。
网卡的基本功能示意图
网卡的工作原理
网卡工作在数据链路层；主机与网卡通过控制总线来传输控制命令与响应，通过数据总线来发送与接收数据。主机通过地址总线和控制总线,根据地址与中断号INT识别网卡和其中的寄存器写入或读出命令或响应。
网卡的基本类型
如果按以太网网卡所支持的总线类型,可分为3种类型：
① 16位。适用于符合工业总线标准ISA的网卡。 ② 32位。适用于符合扩展的工业总线标准EISA、MAC、VL- BUS、PCI的网卡。 ③ 特殊总线。适用于符合MCIA、并行口、USB的网卡。
数据链路层设备--交换机
交换机(Switch)也称为交换器或者交换式集线器，是专门为计算机之间能够相互通信且独享带宽而设计的一种包交换设备。 目前交换机已取代传统集线器在网络连接中的霸主地位，成为组建和升级以太局域网的首选设备。
1、交换机的主要功能
交换机大多工作数据链路层,其功能是对封装数据进行转发，在端口之间建立并行的连接，以缩小冲突域，并隔离广播风暴。
交换机的最大特点就是将一个局域网划分成多个端口，每个端口可以构成一个网段，扮演着一个网桥的角色，而且每一个连接到交换机上的设备都可以享用自己的专用带宽。
2、交换机的工作原理：
交换机之所以比集线器的性能优越，其关键是交换机中的MAC地址表，并有先进的转发方式。
（1）MAC地址表：集线器虽然也能组网，但仅起到物理层的电信号放大作用，需要通过网络上层的帮助才能完成将数据帧转发到目的计算机，这样会降低数据传输效率。
交换机通过专用集成电路（ASIC）能够完成一定智能的功能。通过查看每个端口接收的帧的源地址，迅速建立一个端口和MAC地址的映射关系，并存储在内容关联器CAM里形成一个端口和MAC地址的映射关系，并存储在内容关联存储器（CAM）里形成一个端口和MAC地址的对应表，即MAC地址表，然后根据这个表转发数据帧。
MAC地址（Media Access Control Address）是用于识别网络设备的唯一标识符，它在数据链路层上使用，帮助网络设备进行通信。MAC地址的作用包括：
1、唯一标识设备：每个网络设备都有一个唯一的MAC地址，用于在局域网中识别设备，这确保了每个设备在网络中都有一个独特的身份。
2、数据帧传输：在数据链路层，数据被封装成数据帧，并通过物理介质传输。发送方和接收方使用MAC地址来确定数据帧的目的地和源地址，以确保数据被正确的发送和接收。
3、地址过滤：网络设备可以使用MAC地址来过滤接收到的数据帧，只接受与自身MAC地址匹配的数据帧，从而增强网络的安全性。
4、冲突检测：MAC地址还可以用于检测网络上的地址冲突，即两个设备使用相同的MAC地址。这种冲突会导致通信错误。
交换机MAC地址表的建立过程。
① 假设有一台交换机的4个端口分别连4台用户终端，它们有不同的MAC地址，开始交换机的MAC地址表是空的，如图所示。
② 当终端A第一次向终端C发送数据帧时，由于首次发送时不知道终端C在何处，所以向其它各端口复制转发这个数据帧，这个过程称为泛洪，如图所示。
③ 当终端D第一次向终端C发送数据帧时，交换机将E3端口和帧的源地址写入表中。如此反复，交换机获得到了所有终端的MAC地址，并建立了对应关系 表，如图所示。
④ 当下一次终端A向终端C发送数据帧时，交换机查看帧的目的地址，并查找MAC地址表，找到对应E2端口，直接将这个数据帧转发到E2端口， 如图所示。
⑵ 交换机的帧转发方式：早期的交换机采用静态交换方式，即端口连接通道是不变的,它由人工预先进行配置。 现在各厂家的以太网交换机产品几乎全部采用动态交换方式，
目前常用的动态交换方式可分为3类：
直接交换方式、 存储转发方式、 改进的直接交换方式。
交换机与集线器的比较
交换机与集线器的外形和连接方式是相似的，它们之间的区别主要体现在以下3个方面。
利用交换机进行扩展
在链路层上扩展局域网通常使用交换机或网桥。利用交换机扩展局域网时，类同集线器一样，交换机可以与交换机互联，也可以直接与终端机相连，还可以通过交换机连接集线器的方式相连。使用交换机的基本结构如图所示。
关于生成树协议图
利用交换机可以扩展局域网,但带来了“广播风暴问题”。当网络中存在环路时,交换机可能会再次接收到同一数据帧，由于交换机中没有该数据帧的转发记录，因此继续转发该数据帧，下面以图所示结构中数据的转发为例进行说明。
（4）网络层连接设备--三层交换机、路由器
路由：把数据从一个地方传送到另一个地方的行为和动作。
路由器：执行这种行为动作的设备
路由器的功能： （1）网路互连 （2）判断网络地址和选择网络路径的功能 （3）避免广播风暴 （4）网路管理
（5）高层互连设备--网关
网关：协议转换器，用于异构网络的互连；
网关功能：
网络构建—网络规划
网络系统的建设应遵循一定的流程和步骤：
(1)确立建设目标---网络建设完成后要达到的目的和效果。
(2)确定系统集成商并成立项目小组----选择系统集成商或者服务商，由系统集成商和企业共同组成网络建设项目小组。共同负责网络建设中的各项工作，例如需求分析、网络规划、网络设计、项目验收、用户培训等。
(3)需求分析----对环境、设备、功能、安全等诸多因素进行详细了解和分析，与用户充分沟通，形成最终的用户需求说明书。
(4)网络规划----建立一套完整的设想和方案，其中包括系统整体规划、网络技术选择、网络结构设计、网络设备选择、投资估算以及网络建设文档规范等。
(5)网络设计----对网络规划的设想与方案的具体落实过程。提供详细的网络文档，例如具体产品型号的选择、板卡的选择和数量的确定、网络端口的互联图、IP地址详细分配方案、路由策略、安全策略以及实施建议和步骤、新旧系统衔接方案等。
(6)网络系统实施 按照设计的要求实现网络设计方案，包括设备采购、安装、配置、集成测试等，直至正常运行，并负责培训和维护。
(7)网络系统验收测试 按照标准程序测试验收网络相关功能，并及时更正检查到的异常问题。测试项目包括产品清单检查、功能测试、可靠性测试、安全性测试、端到端测试等。
(8)网络系统运行维护和升级 日常维护工作与升级。随着技术的发展和产品的更新，网络系统的有些产品可能需要进行版本升级、安装软件补丁、修补安全漏洞以及局部的网络调整。
网络设计原则与方法
网络互联设计 网络互联设计主要包括两方面：
采用何种技术和设备进行网络结点之间的互联？
目前网络互联设备通常使用路由器（或三层交换机）和网桥（两层交换机）。
如何选择网络互联媒体？
网络互联媒体根据网络的性质和规模可以有很多种选择方案，例如在局域网中可以使用同轴电缆、双绞线、光纤、WLAN、蓝牙等；在广域网中可以选择X.25、数字数据网DDN专线、帧中继、ATM、SDH、DWDM、微波、卫星以及3G移动通信等。
网络设备的选择
设备背板带宽： 设备背板带宽是设备背板总线的吞吐量，一般用 bps 作为单位。用户可以根据设备所需要配置的总端口数、端口的带宽计算出所需的背板容量。
端口类型和数量： 应根据需要连接的网络设备的数目和类型，确定网络端口的具体型号和数量。
支持的协议和技术指标： 选择时，仔细查阅产品的具体技术指标和支持的协议。例如路由器支持的路由协议、传输协议、虚拟专用网 VPN 协议、交换机支持的最大 VLAN数目、数据转发方式等。
易用性： 考虑设备的用户界面和配置方式，是否简单易学，便于维护。
网络管理： 设备应该支持SNMP等网络管理协议，提供带内和带外的管理方式。
这篇关于数据通信与网络（三）的文章就介绍到这儿，希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助！
