计算机网络|自底向上实践
网线直连
物理层面的端到端连接
+实现简单粗暴
-设备数量上升时布线混乱，物理线路数量几何式增长
集线器
中央设备无脑转发，通过接收方的MAC地址进行区分
类似同一个房间说话所有人都能听得到，但是每个人都会去”检查”喊的是不是自己，不是的话就不予理会
+物理层面广播，实现较为简单
-只支持单工通信。同一个时间只能有一个人在房间内说话
-带宽浪费，由于是广播因此会浪费不必要的通信成本
-性能问题，所有设备共享一个相同的集线器带宽，设备越多，网络越拥挤
交换机
“智能学习”、精确通知的集线器
相比于集线器的广播，交换机内部维护了一个MAC地址映射表，Map<MAC, portNumber>
一开始表没数据，还是通过广播的方式，收到接入设备的应答后更新表数据用于下次精准转发；
随着接入物理设备的变动，这张表会动态变更。最终实现通信数据的精准转发（指定端口）
交换机位于计算机网络模型中的数据链路层
IP&路由
基本组成
随着接入设备的上升，仅靠交换机也不够了。毕竟如果1000多个人，就需要几百个交换机。数据传输开销上而言、以及网络环境复杂度而言都是极为复杂不能接受的。
要是能将1000多个人分组，组内通过MAC进行学习并精准转发指定端口；组与组之间通过某个”管理员”进行消息传递就好了。
关键是如何设计一个地址系统，让设备既知道自己属于哪个小区，管理员又能据此找到目标小组？
由于MAC地址本质上是扁平的（因为每一个设备都有唯一的MAC地址），就像是身份证号，全国所有人只靠身份证号去检索依然十分困难。而通过精确到省——市——区的层级搜索方式，能够更快且精准定位：这就是ip地址系统的设计思想。而那个根据 IP 地址在小组之间转发消息的管理员就是路由器。
IP基础计算
1）IP地址构成：
- IP地址（如192.168.1.11）是32位二进制数，分 4 段显示（四个 8 bit）
- 每段0-255，称为”点分十进制”
在同一个小组（小区），我们一般叫做一个子网：
- 同子网内的设备可以直接通信
- 不同子网要通过路由器转发
2）那么怎么判断是不是在一个子网呢？这就需要提到子网掩码了：
子网掩码也是由 32 位二进制数组成，连续的 1 表示网络部分，连续的 0 表示主机部分。
如 255.255.255.0 转为二进制就是 24个1和 8 个 0，简写为 /24，表示前面 24 位都是网络部分。
判断同网段：
- 将IP地址和子网掩码做”与”运算，结果相同的IP就在同一网段
- 如：192.168.1.11和192.168.1.22都与255.255.255.0运算后得到192.168.1.0
3）网关：
- 通常是路由器的IP地址，作为子网对外的”门户”
- 不同子网之间进行通信时，数据先发给网关
- 比如192.168.1.1常作为默认网关
需要注意的是，路由器的引入只是随着计算机网络系统复杂度上升所引入的新系统。在之前的例子中，一开始我们通过直连、然后是集线器广播，再到交换机，这些都是通过MAC寻址。而路由器最终发送数据也需要借助MAC地址通过网线。随着层次上升，对于下层的系统技术只是进行了增强，在最终依赖的路径上并未舍弃。就像寄快递：
- IP 地址相当于城市、街道：决定包裹该送到哪个区域
- MAC 地址相当于收件人身份信息：最后一步实际交付
由于最终上层的协议/系统技术还是需要下层来进行落地交付，因此位于分层模型中 下层的数据包，数据部分总是会包含完整的上一层的header和数据。
局域网内数据包传输
我们假设有两个设备，设备A（IP：192.168.1.11 MAC：AA-11）和设备B（IP：192.168.1.22 MAC：BB-22），现在设备A要向设备B发送数据，忽略更高层的数据包细节，我们现在已经到了网络层。
A要判断B是否和自己在一个局域网内，子网掩码都是/24，计算得出在一个子网内。
但是要发送数据，光知道 IP 地址是不够的，在同一个子网内，计算机之间要用 MAC 地址通信。
所以电脑 A 想：“我得先知道电脑 B 的 MAC 地址”。于是它在局域网内大喊一声（发送ARP广播）：**”谁是192.168.1.22啊？请告诉我你的MAC地址！”**
同一个子网的所有电脑都收到了这个广播，但发现叫的不是自己，都默默丢弃了，只有设备 B 回应道：**”192.168.1.22 是我！我的MAC地址是BB-22。”**
电脑 A 收到这个回应后，会把 192.168.1.22-BB-22 这个映射关系记在自己本机缓存中，这个就叫 ARP 缓存。
而这个过程就是 ARP 协议的作用 - 通过IP地址找到对应的MAC地址。
有了 MAC 地址后，设备A就可以直接发送数据包了，它把业务数据包封装成一个特殊的”双层信封”：先在内层信封上写上IP地址”192.168.1.22”（这就是IP头），然后把它放入外层信封，在外层信封上写上”收件人MAC地址：BB-22”（这就是MAC头）。
这样的双层结构保证了数据包既能通过 IP 地址确定目的地，又能通过 MAC 地址在本地网络中准确投递。
路由器(携带交换机功能)看到 MAC 地址，立刻就知道该从哪个端口转发出去，于是数据包就准确送达了设备B。
由于是同一个局域网内，因此在IP包的下一层，也就是数据链路层的时候只需要拿到设备B的MAC地址即可