這里有兩臺電腦通過一根網線將兩臺電腦連接起來，設備之間可以相互傳輸數據?，F在增加一臺電腦，總數變為三臺，任意兩臺電腦想要傳數據，需要三根網線，并且每臺設備需要兩個網口。再增加一臺電腦，四臺設備實現任意兩臺互聯，每臺電腦需要三個網口，并且需要六根網線。隨著設備數量的增加，對網口和網線的數量要求呈幾何級增長。比較理性的朋友肯定會發現，這么搞下去，成本實在太高，太費錢。

    交換機的英文名稱是Switch，直譯過來是開關。國內的專家覺得“開關”這個名詞非常不直觀，把開關打開，這里的開關是指電源開關呢？還是交換機呢？而交換機這個名字聽起來更強大，看名字就了解實際功能。（交換機字面意思：用于交換數據的機器）這里海翎光電的小編要吐槽一下Kalpana公司了，你知不知道你起的名字，給多少美國兒童帶來了噩夢??？如下圖：小朋友生日時想要一Switch，結果收到的卻是交換機。哈哈哈。

    說起路由器，想必大家都不會陌生。每個家庭都會至少有一個路由器來連接網絡設備。但是還有小伙伴提到，交換機是用來做什么的？它與路由器有什么區別呢?我們經常聽到的網關和路由又是什么意思呢？

    交換機的主要功能就是把數據包發送到正確的位置。交換機相當于郵遞員，根據數據包中的目標mac地址，找到它對應的物理端口。一臺交換機有很多個端口，它們都有自己的編號（如下圖）。計算機的網卡通過網線連接到交換機的網口上，這個端口就是一個確定的物理位置。我們只要知道某個網卡的mac地址在哪個端口上，我們就能正確的把數據包發給它。

圖示海翎研制的工業交換機每個端口的編號

    所以在交換機中有一張端口與mac地址的映射關系表，交換機維護這張映射關系表，想要與某個mac地址通信時，只需要來查詢一下這個mac在哪個端口上，然后從對應的端口發送出去就可以了。

    每一包數據都會有兩個mac地址，一個是發送方的mac地址，稱為源mac。另一個是接收方的mac地址稱為目標mac。交換機收到一包數據后，首先要把這包數據的源mca與接收端口進行綁定，然后交換機要根據目標mac查找，從哪個端口把數據包發送出去。

    這個時候就會出現兩種情況。第一種情況是mac地址表中查詢到關聯的端口，則直接從關聯端口發出。第二種情況是mac地址表中沒有查詢到關聯的端口，則向除了接收端口之外的所有端口群發。這種行為稱之為泛洪。如果目標mac地址在這個網絡中則它一定能收到群發的數據包。如此運行一段時間后，通過交換機的mac地址表，就可以找到網絡中的所有網卡設備。

    由此可見，交換機只會關心數據包中的mac地址，而不會關心IP地址。mac地址在TCP/IP協議中，處于第二層數據鏈路層。

    我們再來看一下路由器，我們知道路由器有兩種接口，一種是LAN口，一種是WAN口。LAN口可以有多個，用來接家庭網絡設備。比如臺式機，手機，筆記本。其中，手機和筆記本是通過WIFI連接到路由器的設備。也相當于連接到了LAN口上。WAN口只有一個用來接入運營商網絡。連接到互聯網中。

    如果把路由器的WAN口忽略，只用LAN口。其實路由器就是一臺交換機。那考慮到WAN口呢？這里我們就要引入一個概念就是網關。網關是干什么的呢？為了說明網關的作用，我們需要先了解一下子網是如何劃分的。我們把IP地址和子網掩碼按位相與，與的意思就是1與幾就是幾，而0與幾都是0。

我們常用的子網掩碼，255.255.255.0前3個字節也就是前24位全是1后8位全為0。所以按位相與的結果，一定是這個IP地址的前三個字節不變，而最一個字節是0。

    比如192.168.1.10與255.255.255.0等于192.168.1.0。

    我們把IP地址與子網掩碼相與之后的結果相同的兩個IP認為是在同一個子網，也就是說IP為162.168.1.10，子碼掩網為255.255.255.0的這張網卡與另一個192.168.1.X的網卡，一定是在同一個子網當中。

    因為子網掩碼都是連續的1和連續的0。所以我們通常用1的數量來表示子網掩碼。

    比如255.255.255.0就是24。我們用IP/子網掩碼來表示一個網絡。

    比如192.168.1.0/24表示的網絡中擁有255個IP地址。

    所以如果想擴大子網中IP地址的數量，我們只需要把子網掩碼調小。

    如果想減少子網中IP地址的數量，我們只需要把子網掩碼調大就可以了。

    知道了子網的概念，那子網有什么意義呢？因為tcp/ip協議規定，不同子網之間是不可以直接通信的。如果要通信需要通過網關來進行轉發。網關上有兩張網卡分別配置了屬于兩個子網的IP地址。可以在兩個網絡之間轉發數據包，這樣我們就擁有了一個連接了兩個子網的網絡。

    我們舉一個簡單的例子：子網1中的計算機a發送數據包時，首先計算機a會根據目標IP判斷是否跟自己屬于同一個子網。如果是同一個子網則直接從網卡發出。如果不是同一個子網，則需要把數據包的目標mac地址改為網關mac，然后發送給網關。

    網關拿到這一包數據后，再通過路由表查詢到這一包數據屬于子網2,網關修改目標mac地址為計算機b的mac地址，修改源mac為自己的mac，然后從子網2的網卡發出，以上出現了多次根據目標ip判斷數據包應該如何發送的行為，我們就稱之為路由。

    路由器有一個WAN口接入互聯網，多個LAN接入本地網絡。他們就分別屬于不同的子網，所以從內網訪問互聯網就是跨網絡的行為，這時候就需要路由器來擔任網關的角色。他的行為就叫路由。

    細心的小伙伴可能已經發現問題了，兩個不同家庭中的計算機可能都是192.168.1.10這個IP地址。如果按照上面所說的情況發送到互聯網上，那互聯網上不就會存在無數個相同的IP地址了？這確實是一個問題，歡迎大家在評論區討論交流。

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