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路由器、交换机、光猫、WiFi、AP的相关知识,你真的都了解吗?

2022-01-06    智能化弱电工程分享
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路由器、交换机、光猫、WiFi、AP的相关知识,你真的都了解吗?

如今,网络已经进入了千家万户,上网已经成为了我们生活中必不可少的事情。通常,在家里最常见的网络设备有:光猫(光调制解调器)、路由器、交换机、wifi,但很多小白用户并不能轻易区分它们。当遇上网络故障打电话寻求帮助时,由于分不清设备,往往需要很长时间才能解决问题。接下来就由小编来为大家详细介绍下光猫、路由器、交换机、wifi这几款网络设备的概念和作用吧!

 

一根网线互联电脑

路由器、交换机、光猫、WiFi、AP的相关知识,你真的都了解吗?

 

两台电脑互联

随便连根网线就能实现互联吗?

当然不是。

还记得网络分层吗?

路由器、交换机、光猫、WiFi、AP的相关知识,你真的都了解吗?

 

网络分层

数据如果要进行传输,会从A电脑经过这些网络分层把消息组装好,再到B电脑层层解包。

 

网线,只是代替了上面的灰色部分,实现物理层上的互联。

路由器、交换机、光猫、WiFi、AP的相关知识,你真的都了解吗?

 

如果想要两台电脑互联成功,还需要确保每一层所需要的步骤都要做到位,这样数据才能确保正确投送并返回。

我们自顶向下,从细节开始说一下实现互联需要做什么。

路由器、交换机、光猫、WiFi、AP的相关知识,你真的都了解吗?

 


路由器、交换机、光猫、WiFi、AP的相关知识,你真的都了解吗?

 


路由器、交换机、光猫、WiFi、AP的相关知识,你真的都了解吗?

 

 


1、路由器是什么?

  路由器是连接因特网中个局域网、广域网的设备,它根据信道的情况自动选择和设定路由,以最佳路径,按前后顺序发送信号的设备。路由器英文名Router,路由器是互联网络的枢纽、“交通警察”。目前路由器已经广泛应用于各行各业,各种不同档次的产品已经成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通的主力军。简单来说,路由器就是一个连接媒介,用来连接一个个小的局域网。

 

路由器的内部结构

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路由器内部结构

路由器内部,分为控制平面和数据平面,说白了就是对应软件部分和硬件部分

硬件部分跟交换机很像。数据从A网口进入,此时数据还是网线上格式的电信号,会被PHY模块转为通用信号格式,再被mac模块转为数字信号,通过FCS进行错误校验,同时校验MAC地址是否是自己,通过校验则进入内存缓冲区,否则丢弃。

再进入软件部分,由路由选择处理器,通过一定规则(软件逻辑),查询路由表判断转发目标和对应转发口,再经由硬件部分交换结构转发出去。

如果路由表中无法找到匹配记录,路由器会丢弃这个包,并通过ICMP消息告知发送方。

 

  来扩展一下路由器的概念。路由器(Router)又称网关设备(Gateway)是用于连接多个逻辑上分开的网络,所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时,可通过路由器的路由功能来完成。因此,路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能,它能在多网络互联环境中,建立灵活的连接,可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网,路由器只接受源站或其他路由器的信息,属网络层的一种互联设备。

 

2、路由器的传输介质

  路由器分本地路由器和远程路由器,本地路由器是用来连接网络传输介质的,如光纤、同轴电缆、双绞线;远程路由器是用来连接远程传输介质,并要求相应的设备,如电话线要配调制解调器,无线要通过无线接收机、发射机。

  路由器是互联网的主要节点设备。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择(routing),这也是路由器名称的由来(router,转发者)。作为不同网络之间互相连接的枢纽,路由器系统构成了基于TCP/IP 的国际互联网络Internet 的主体脉络,也可以说,路由器构成了Internet的骨架。它的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一,它的可靠性则直接影响着网络互连的质量。因此,在园区网、地区网、乃至整个Internet研究领域中,路由器技术始终处于核心地位,其发展历程和方向,成为整个Internet研究的一个缩影。在当前我国网络基础建设和信息建设方兴未艾之际,探讨路由器在互联网络中的作用、地位及其发展方向,对于国内的网络技术研究、网络建设,以及明确网络市场上对于路由器和网络互连的各种似是而非的概念,都有重要的意义。

  最近出现了交换路由器产品,从本质上来说它不是什么新技术,而是为了提高通信能力,把交换机的原理组合到路由器中,使数据传输能力更快、更好。

 

什么是IP

比如前面提到的 192.168.0.105 就是一个IP,同一个局域网内还可能会有一个IP是192.168.0.106。有没有发现,它们都是192.168.0.xxx。

像极了 上海市.黄浦区.南京东路.105号,这样的地址。现实生活中,我们可以通过一个地址定位到要去哪。到了 上海市.黄浦区.南京东路.105号楼里,我们就可以再去找某个叫身份证为xiaobaixxxxx的人。

那互联网世界里,我们也就可以通过IP地址,定位到某个广域网段,再通过广域网内部的局域网的MAC地址定位到具体某个电脑。

上海市.黄浦区.南京东路.105号可以帮助我们定位到在南京东路上的第105号楼的位置。但还有些路,比如南京西路,可能不止105号,可能要到257号。

实际上一个IP由网络号和主机号组成,共32位组成。如果拿了前面24位做网络号,那主机号就剩8位了,2的8次方=256,最多表示表示256号楼。因此为了多表示几个楼,可以向网络号多挪几位过来作为主机号。

那么具体多少位作为网络号呢?可以在IP后面加一个数字,用来表明这一点。

于是就有了 192.168.0.105/24这种表示方法,表明前24位192.168.0.0是网络号,105是主机号。

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网络号和主机号

有了网段,就可以一次性表示一大批地址。就不需要像交换机那样苦哈哈的一条一条MAC地址记录在表里。

 

路由表

路由器的作用,可以帮助我们在互联网世界里转发消息到对应的IP。

对比一下。

交换机,是通过 MAC 头部中,接收方 MAC 按地址,来判断转发目标的。

路由器,则是根据 IP 头部中, IP 地址来判断的。

由于使用的地址不同,记录转发信息的表也会不同。

类似交换机的MAC地址表,路由器也维护了一张路由表

而路由表,是用于告诉路由器,什么样的消息该转发到什么端口。

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路由互联时

假设A要发消息到D。也就是192.168.0.105/24要发消息到192.168.1.11/24。

那么A会把消息经过交换机发到路由器。

路由器通过192.168.0.105/24获得其网络号是 192.168.0.0 ,而目的地的网络号是192.168.1.0,二者网络号不同,处于不同局域网。

路由表,发现192.168.1.0,在e2端口,那么就会把消息从e2端口发出,到达交换机,交换机发现MAC地址是它局域网下的D机器,就把消息打过去。

当然,如果路由表里找不到,那就打到默认网关吧,也就是从e1口发出,发到IP192.0.2.1。这个路由器的路由表不知道该去哪,说不定其他路由器知道

 

3、路由器的作用与功能

  路由器的一个作用是连通不同的网络,另一个作用是选择信息传送的线路。选择通畅快捷的近路,能大大提高通信速度,减轻网络系统通信负荷,节约网络系统资源,提高网络系统畅通率,从而让网络系统发挥出更大的效益来。

 

路由器和光猫有什么区别

不管是交换机还是路由器,前面都提到网口输入的是电信号。但现在流行的是光纤传输,传输的是光信号

光猫(modem),是一种调制解调器,其实就是用于光电信号转换的设备。

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接收数据时,可以将光纤里的光信号转化为电信号,发给路由器,路由器内部再转成数字信号,并在此基础上做各种处理。

相反,也会把路由器传来的电信号转为光信号,发到光纤,并进入互联网。

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二、交换机

路由器、交换机、光猫、WiFi、AP的相关知识,你真的都了解吗?

 

1、交换机是什么?

  交换机(Switch)意为“开关”,是一种用于电(光)信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。举个例子,大学宿舍里拉了一根电信宽带网线,宿舍有6个人,每个人都有一个宽带账号,都想上网,怎么让一根网线变成6根网线呢?这时候就可以用交换机来解决问题,交换机提供了大量可供线缆连接的端口,这样可以采用星型拓扑布线。

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2、交换机的分类

  从广义上来看,网络交换机分为两种:广域网交换机局域网交换机。广域网交换机主要应用于电信领域,提供通信用的基础平台。而局域网交换机则应用于局域网络,用于连接终端设备,如PC机及网络打印机等。

  从规模应用上又可分为企业级交换机部门级交换机工作组交换机等。各厂商划分的尺度并不是完全一致的,一般来讲,企业级交换机都是机架式,部门级交换机可以是机架式(插槽数较少),也可以是固定配置式,而工作组级交换机为固定配置式(功能较为简单)。另一方面,从应用的规模来看,作为骨干交换机时,支持500个信息点以上大型企业应用的交换机为企业级交换机,支持300个信息点以下中型企业的交换机为部门级交换机,而支持100个信息点以内的交换机为工作组级交换机。

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3、交换机的功能简介

简略地概括一下交换机的基本功能:

1. 像集线器一样,交换机提供了大量可供线缆连接的端口,这样可以采用星型拓扑布线

2. 像中继器、集线器和网桥那样,当它转发帧时,交换机会重新产生一个不失真的方形电信号

3. 像网桥那样,交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑。

4. 像网桥那样,交换机将局域网分为多个冲突域,每个冲突域都是有独立的宽带,因此大大提高了局域网的带宽

5. 除了具有网桥、集线器和中继器的功能以外,交换机还提供了更先进的功能,如虚拟局域网(VLAN)和更高的性能。

最后注意:其实交换机下还可以再接交换机的,同一网段的 没什么限制,但是最多不要超过四级。

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交换机与网桥的区别

网桥,本质上可以理解为两个网线口的交换机,正好可以把两台电脑给连起来,也叫桥接。而交换机,则是多网线口的网桥,可以把多台电脑给连(桥接)起来。

其他功能方面,大差不差,不必太过纠结。

交换机和二层交换机和三层交换机有什么区别

这一部分提到的交换机,其实就是二层交换机,也就是工作在第二层(数据链路层)的交换机,二者没区别

三层交换机,是工作在第三层(网络层)的交换机,其实就是接下来要提到的路由器

 


三、宽带猫(光猫)

路由器、交换机、光猫、WiFi、AP的相关知识,你真的都了解吗?

 

1、宽带猫是什么?

  “猫”,又叫做:调制解调器(英文名MODEM)(记住,这才是正经名字),作用是把通过电话线或者光纤进入的信号还原为数据以及把网线产生的数据转换成模拟信号(电信号/光信号),所以,如果是电话线/光纤入户的,都需要安装调制解调器。首先你需要知道的是,常见的信号有两种,数字信号模拟信号(光信号和电信号)。在计算机里运行的是数字信号,在网线(电话线/光纤)里传输的是模拟信号。而“猫”就是一个信号转换器,信号进行发送的时候,“猫”将计算机里的数字信号转换为模拟信号从而使信号可以在网线里传输,这个过程称为“调制”;接收端(另一台电脑)也有一个调制解调器,将信号“解调”,由模拟信号转换为数字信号在计算机里处理运行。So,到这里你应该理解了调制解调器的原理了吧。

光猫:

  光猫(光纤调制解调器)它是一种将光纤网络信号转化为网络信号的设备,它转换的距离比较大,所以不仅是我们家中、网吧等用网地方会用到,一些大的传输网络的地方也会用到。现在移动和联通时都要用到光猫,但是它的功能和路由器还是不一样的。用法也比较简单,将传网端与它相连,再用网线将它与路由器相连即可上网。

2、宽带猫的原理

  首先你需要知道的是,常见的信号有两种,数字信号模拟信号(光信号和电信号)。在计算机里运行的是数字信号,在网线(电话线/光纤)里传输的是模拟信号。而“猫”就是一个信号转换器,信号进行发送的时候,“猫”将计算机里的数字信号转换为模拟信号从而使信号可以在网线里传输,这个过程称为“调制”;接收端(另一台电脑)也有一个调制解调器,将信号“解调”,由模拟信号转换为数字信号在计算机里处理运行。So,到这里你应该理解了调制解调器的原理了吧。

 


 

WiFi:是一种允许电子设备连接到无线局域网(WLAN)的技术,通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM 射频频段。连接到无线局域网通常是有密码保护的;但也可是开放的,这样就允许任何在WLAN范围内的设备可以连接上。Wi-Fi是一个无线网络通信技术的品牌,由Wi-Fi联盟所持有,目的是改善基于IEEE 802.11标准的无线网路产品之间的互通性。1. IE802.11简介

 

标准号

IEEE 802.11b

IEEE 802.11a

IEEE 802.11g

IEEE 802.11n

标准发布时间

1999年9月

1999年9月

2003年6月

2009年9月

工作频率范围

2.4-2.4835GHz

5.150-5.350GHz

5.475-5.725GHz

5.725-5.850GHz

2.4-2.4835GHz

2.4-2.4835GHz

5.150-5.850GHz

非重叠信道数

3

24

3

15

物理速率(Mbps)

11

54

54

600

实际吞吐量(Mbps)

6

24

24

100以上

频宽

20MHz

20MHz

20MHz

20MHz/40MHz

调制方式

CCK/DSSS

OFDM

CCK/DSSS/OFDM

MIMO-OFDM/DSSS/CCK

兼容性

802.11b

802.11a

802.11b/g

802.11a/b/g/n

.

频谱划分

WiFi总共有14个信道,如下图所示:

路由器、交换机、光猫、WiFi、AP的相关知识,你真的都了解吗?

 

1)IEEE 802.11b/g标准工作在2.4G频段,频率范围为2.400—2.4835GHz,共83.5M带宽

2)划分为14个子信道

3)每个子信道宽度为22MHz
4)相邻信道的中心频点间隔5MHz
5)相邻的多个信道存在频率重叠(如1信道与2、3、4、5信道有频率重叠)
6)整个频段内只有3个(1、6、11)互不干扰信道

 

接收灵敏度

误码率要求

速率

最小信号强度

PER(误码率)不超过8%

6Mbps

-82dBm

9Mbps

-81dBm

12Mbps

-79dBm

18Mbps

-77dBm

24Mbps

-74dBm

36Mbps

-70dBm

48Mbps

-66dBm

54Mbps

-65dBm

 

2.4GHz中国信道划分

802.11b和802.11g的工作频段在2.4GHz(2.4GHz-2.4835GHz),其可用带宽为83.5MHz,中国划分为13个信道,每个信道带宽为22MHz

北美/FCC 2.412-2.461GHz(11信道)

欧洲/ETSI 2.412-2.472GHz(13信道)

日本/ARIB 2.412-2.484GHz(14信道)

2.4GHz频段WLAN信道配置表

信道

中心频率(MHz)

信道低端/高端频率

1

2412

2401/2423

2

2417

2406/2428

3

2422

2411/2433

4

2427

2416/2438

5

2432

2421/2443

6

2437

2426/2448

7

2442

2431/2453

8

2447

2426/2448

9

2452

2441/2463

10

2457

2446/2468

11

2462

2451/2473

12

2467

2456/2478

13

2472

2461/2483

 

SSID和BSSID

1)基本服务集(BSS)

基本服务集是802.11 LAN的基本组成模块。能互相进行无线通信的STA可以组成一个BSS(Basic Service Set) 。如果一个站移出BSS的覆盖范围,它将不能再与BSS的其它成员通信。

2)扩展服务集(ESS)

多个BSS可以构成一个扩展网络,称为扩展服务集(ESS)网络,一个ESS网络内部的STA可以互相通信,是采用相同的SSID的多个BSS形成的更大规模的虚拟BSS。连接BSS的组件称为分布式系统(Distribution System,DS)。
3)SSID

服务集的标识,在同一SS内的所有STA和AP必须具有相同的SSID,否则无法进行通信。

SSID是一个ESS的网络标识(如:TP_Link_1201),BSSID是一个BSS的标识,BSSID实际上就是AP的MAC地址,用来标识AP管理的BSS,在同一个AP内BSSID和SSID一一映射。在一个ESS内SSID是相同的,但对于ESS内的每个AP与之对应的BSSID是不相同的。如果一个AP可以同时支持多个SSID的话,则AP会分配不同的BSSID来对应这些SSID。

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