0x1 HCNP-R&S集线器、交换机、路由器原理个人理解，分析图
功能：交换机—连接 路由器—互联
ISP：运营商 移动、联通、电信
中继器 集线器功能
中继器：扩大信号
集线器：（Hub）多端口中继器，接收主机发来的信息，并无条件的向除源端口之外的所有端口进行转发（泛洪）
知识点补充：
模拟信号 频分复用FDM（不同频率，子信道隔离频带防串扰）
数字信号 时分复用TDM（不同的时间可轮流占用）
Hub半双工通信（通俗讲：对讲机就是一个半双工很好的例子，对讲中，只能一个人讲话，可轮流使用）传输数字信号采用时分复用。
Hub分析
A>B发送数据在介质中传输方向图
提问1：A>B发送数据时，同时刻C>D可否发送数据？
答：不能
A>B发送数据时，A>Hub，然后hub泛洪，同时hub>B, hub>C, hub>D。C>D发送数据则同一介质内发送冲突（半双工），这时候产生的叫冲突域。
提问2：采用Hub网络A>B拷贝文件时，C>D可否拷贝文件？
可以，但是拷贝完成时间会延长。比如A>B用0.01s，C>D用0.01s，A>B用0.01s，C>D用0.01s，感觉上A>B拷贝文件时，C>D也在拷贝文件，但是是轮流使用，平分时间，时间切换很快。相当于hub100M A>B 50M,C>D 50M
提问3：A>B发送数据，同一时刻E>F可否发送数据？
不能。A>B发送数据，通过Hub扩散到每个主机。同一时刻，所有主机通过Hub构成一个冲突域。Hub端口越多，所有端口平分带宽，每个端口分到带宽越少，效率很差。
交换机工作原理：
Switch MAC地址表
|
F0/1 |
F0/2 |
||
|
A |
01-01-01-01-01-01 |
E |
05-05-05-05-05-05 |
|
B |
02-02-02-02-02-02 |
F |
06-06-06-06-06-06 |
|
C |
03-03-03-03-03-03 |
G |
07-07-07-07-07-07 |
|
D |
04-04-04-04-04-04 |
H |
08-08-08-08-08-08 |
- 源和目的MAC地址在表中都有，并且在同一端口，则会丢弃该数据帧
- 源和目的MAC地址在表中都有，但不在同一端口，则会以目的地址所对应端口进行转发
- 目的MAC地址在表中没有，则交换机会泛洪
数据帧在交换机内的交换过程
①当主机D发送广播帧时，交换机从E3端口接收到目的地址为ffff.ffff.ffff （广播地址) 的数据帧，则向E0、E1、E2和E4端口转发该数据帧
②当主机D与主机E通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8c01.5555的数据帧，查找MAC地址表后发现0260.8c01.5555并不在表中，则交换机把地址0260.8c01.5555加入MAC地址表，并向E0、E1、E2和E4端口转发该数据帧。
③当主机D与主机F通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8ec01.6666的数据帧，查找MAC地址表后发现0260.8c01.6666也位于E3端口，即与源地址处于同一网桥端口，交换机不转发该数据帧，而是直接丢弃。
④当主机D与主机A通信时，交换机从E3端口接收到目的地址为0260.8c01.1111的数据，查找MAC地址表后发现0260. 8c01.1111位于E0端口，所以交换机将数据帧转发至E0端口，这样主机A即可收到该数据帧。
⑤如果在主机D与主机A通信的同时，主机B也正在向主机C发送数据，交换机同样会把主机B发送的数据帧转发到连接主机C的E2端口。这时E1和E2之间，以及E3和E0之间，通过交换机内部的硬件交换电路，建立了两条链路，这两条链路上的数据通信互不影响，因此网络也不会产生冲突。所以，主机D和主机A之间的通信独享一条链路，主机C与主机B之间也独享一条链路。而这样的链路仅在通信双方有需求时才会建立，一旦数据传输完毕，相应的链路也随之拆除。
构造和维护MAC地址表
交换机的MAC地址来源：
a.交换机加电初始化时
b.计算机和交换机加电、断电或迁移时
c.MAC地址表更新
MAC地址表的建立和维护过程
（1）在交换机加电启动进行初始化时
其MAC地址表为空的。当自检成功后，交换机开始侦测各端口连接的设备；
如图所示，一旦A、B、C互相访问，以及A、B、C访问F，期间的数据流必然会以广播的形式被交换机接收到，当交换机接收到数据后，首先把数据帧的源MAC地址给拆下来，如果在交换机内部的存储器中没有A、B、C、F的MAC地址，交换机会自动把这些地址记录并存储下来，同时，把这些MAC地址所表示的设备和交换机的端口对照起来。
保存下来的这些信息被称为MAC地址表。
2）当计算机和交换机加电、断电或迁移时
每当增加MAC地址表项时，均在该项中注明帧的到达时间。每当目的地址已在表中的帧到达时，将以当前时间更新该项。（这样，从表中每项的时间即可知道该机器最后帧到来的时间）。
交换机中有一个进程定期地扫描MAC地址表，清除时间早于当前时间若干分钟的全部表项。
如果从一个物理网段上卸下一台计算机，连到另一个物理网段上，则在几分钟内，它即可重新开始正常工作而无需人工干预。
这个算法同时也意味着，如果机器在几分钟内无动作，那么发给它的帧将不得不散发，一直到它自己发送出一帧为止。
3）MAC地址表更新
交换机中的内存有限，能够记忆的MAC地址数也有限，交换机设定一个自动老化时间，若某个MAC地址在设定时间内不再出现，交换机将自动把该MAC地址从地址表中清除。当下一次该MAC地址出现时，将被当做新地址处理。
交换机的基本功能：
- 地址学习
- 转发/过滤
- 避免环路
a．地址学习(Address Learning)
交换机通过监听所有流入的数据帧，对其源MAC地址进行检验，形成一个MAC地址到其相应端口号的映射，并且将这一映射关系存储到其MAC地址表中。
b. 转发/过滤决定( forward/filterdecisions)
交换机根据数据帧的MAC地址进行数据帧的转发操作，同时能够过滤（即丢弃）非法侵入的数据帧。
转发/过滤遵循的规则
如果数据帧的目的MAC地址是广播地址或者组播地址，则向交换机所有端口转发（数据帧来的端口除外）；
如果数据帧的目的地址是单播地址，但这个地址并不在MAC地址表中，那么也向所有的端口转发（数据帧来的端口除外）；
如果数据帧的目的地址在MAC地址表中，那么就根据地址表转发到相应的端口；
如果数据帧的目的地址与数据帧的源地址在同一个物理网段上，它就会丢弃这个数据帧，不会发生交换。
c. 避免环路(loop Avoidance)
交换机通过使用生成树协议（Spanning–tree protocol），来管理局域网内的环境，避免数据帧在网络中不断绕圈子的现象产生，即避免环路。
网络出现环路后，很容易产生广播风暴和MAC地址系统失效，致使网络瘫痪。
路由器的基本功能：
1.协议转换
2.寻址（选择最优路径）
3.分组转发
路由器的工作原理：
工作站A需要向工作站B传送信息，并假定工作站B的IP地址为10.120.0.5，它们之间需要通过路由器R1、R2、R3、R4、R5，其分布如下图所示。
① 工作站A将工作站B的地址10.120.0.5连同数据信息以数据帧的形式发送给R1。
② 路由器R1收到工作站A的数据帧后，先从报头中取出地址10.120.0.5，并根据路由表计算出发往工作站B的最佳下一跳路径：
R1-> R2->R5->B
并将数据帧发往路由器R2。
③ 路由器R2重复路由器R1的工作，并将数据帧转发给路由器R5。
④ 路由器R5同样取出目的地址，发现10.120.0.5就在该路由器所连接的网段上，于是将该数据帧直接交给工作站B。
⑤ 工作站B收到工作站A的数据帧，一次通信过程宣告结束
路由器 路由表
路由表的来源
1.D直连（i.需要IP地址ii.UP）
2.S静态（ip route 目的网段 掩码 下一跳）
默认路由（缺省路由）出口 0.0.0.0 0.0.0.0 下一跳
路由备份：例如：两个运营商，一个100M，一个50M，通过设置100M的路由优先级，优先使用100M，当100M链路出现故障时，自动使用50M
负载分担：两条链路同时走，设置相同优先级
3.RIP\OSPF动态
根据工作范围：
IGP：RIP、OSPF、IS-IS 主要目的是计算路由
EGP：BGP 主要目的是传播路由
根据算法
距离矢量算法：RIP、BGP
链路状态算法：OSPF、IS-IS
路由优选：
1、最长匹配
2、优先级
3、cost
三个都相同，可以做负载分担