號主：老楊丨11年資深網絡工程師，更多網工提升干貨，請關注公眾號：網絡工程師俱樂部

下午好，我的網工朋友。

講某個具體技術，說不定你頭頭是道，但關于路由器、交換機、光貓、WiFi的知識細節，你真的都了解嗎？

如今，網絡已經進入了千家萬戶，上網已經成為了我們生活中必不可少的事情。

通常，在家里最常見的網絡設備有：光貓（光調制解調器）、路由器、交換機、wifi，但很多小白還是不能輕易區分它們。

又或者是嘴笨不知道怎么解釋。

今天這篇老手也能看哈，遇到妹子想要你幫忙解答這些基礎問題，或者遇上網絡故障打電話尋求幫助時，都用得上。

今日文章閱讀福利：《?華為路由器維護寶典（1441頁）?》

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開始正文之前，我們先回顧一下基礎知識！

兩臺電腦互聯，隨便連根網線就能實現互聯嗎？

當然不是！

還記得網絡分層嗎?

數據如果要進行傳輸，會從A電腦經過這些網絡分層把消息組裝好，再到B電腦層層解包。

網線，只是代替了上面的灰色部分，實現物理層上的互聯。

如果想要兩臺電腦互聯成功，還需要確保每一層所需要的步驟都要做到位，這樣數據才能確保正確投送并返回。

我們自頂向下，從細節開始說一下實現互聯需要做什么。

01?路由器

01 路由器是什么？
路由器是連接因特網中個局域網、廣域網的設備，它根據信道的情況自動選擇和設定路由，以最佳路徑，按前后順序發送信號的設備。路由器英文名Router，路由器是互聯網絡的樞紐、“交通警察”。
目前路由器已經廣泛應用于各行各業，各種不同檔次的產品已經成為實現各種骨干網內部連接、骨干網間互聯和骨干網與互聯網互聯互通的主力軍。
簡單來說，路由器就是一個連接媒介，用來連接一個個小的局域網。

路由器的內部結構

路由器內部，分為控制平面和數據平面，說白了就是對應軟件部分和硬件部分。
硬件部分跟交換機很像。數據從A網口進入，此時數據還是網線上格式的電信號，會被PHY模塊轉為通用信號格式，再被MAC模塊轉為數字信號，通過FCS進行錯誤校驗，同時校驗MAC地址是否是自己，通過校驗則進入內存緩沖區，否則丟棄。
再進入軟件部分，由路由選擇處理器，通過一定規則（軟件邏輯），查詢路由表判斷轉發目標和對應轉發口，再經由硬件部分的交換結構轉發出去。
如果路由表中無法找到匹配記錄，路由器會丟棄這個包，并通過ICMP消息告知發送方。
來擴展一下路由器的概念。
路由器（Router）又稱網關設備（Gateway）是用于連接多個邏輯上分開的網絡，所謂邏輯網絡是代表一個單獨的網絡或者一個子網。當數據從一個子網傳輸到另一個子網時，可通過路由器的路由功能來完成。
因此，路由器具有判斷網絡地址和選擇IP路徑的功能，它能在多網絡互聯環境中，建立靈活的連接，可用完全不同的數據分組和介質訪問方法連接各種子網，路由器只接受源站或其他路由器的信息，屬網絡層的一種互聯設備。

02 路由器的傳輸介質
路由器分本地路由器和遠程路由器，本地路由器是用來連接網絡傳輸介質的，如光纖、同軸電纜、雙絞線；遠程路由器是用來連接遠程傳輸介質，并要求相應的設備，如電話線要配調制解調器，無線要通過無線接收機、發射機。
路由器是互聯網的主要節點設備。路由器通過路由決定數據的轉發。轉發策略稱為路由選擇（routing），這也是路由器名稱的由來（router，轉發者）。
作為不同網絡之間互相連接的樞紐，路由器系統構成了基于TCP/IP 的國際互聯網絡Internet 的主體脈絡，也可以說，路由器構成了Internet的骨架。
它的處理速度是網絡通信的主要瓶頸之一，它的可靠性則直接影響著網絡互連的質量。
因此，在園區網、地區網、乃至整個Internet研究領域中，路由器技術始終處于核心地位，其發展歷程和方向，成為整個Internet研究的一個縮影。
在當前我國網絡基礎建設和信息建設方興未艾之際，探討路由器在互聯網絡中的作用、地位及其發展方向，對于國內的網絡技術研究、網絡建設，以及明確網絡市場上對于路由器和網絡互連的各種似是而非的概念，都有重要的意義。
最近出現了交換路由器產品，從本質上來說它不是什么新技術，而是為了提高通信能力，把交換機的原理組合到路由器中，使數據傳輸能力更快、更好。
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· 什么是IP

比如前面提到的 192.168.0.105 就是一個IP，同一個局域網內還可能會有一個IP是192.168.0.106。有沒有發現，它們都是192.168.0.xxx。
像極了 上海市.黃浦區.南京東路.105號，這樣的地址。現實生活中，我們可以通過一個地址定位到要去哪。到了 上海市.黃浦區.南京東路.105號樓里，我們就可以再去找某個叫身份證為xiaobaixxxxx的人。
那互聯網世界里，我們也就可以通過IP地址，定位到某個廣域網段，再通過廣域網內部的局域網的MAC地址定位到具體某個電腦。
上海市.黃浦區.南京東路.105號可以幫助我們定位到在南京東路上的第105號樓的位置。但還有些路，比如南京西路，可能不止105號，可能要到257號。
實際上一個IP由網絡號和主機號組成，共32位組成。如果拿了前面24位做網絡號，那主機號就剩8位了，2的8次方=256，最多表示表示256號樓。因此為了多表示幾個樓，可以向網絡號多挪幾位過來作為主機號。
那么具體多少位作為網絡號呢？可以在IP后面加一個數字，用來表明這一點。于是就有了 192.168.0.105/24這種表示方法，表明前24位192.168.0.0是網絡號，105是主機號。

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有了網段，就可以一次性表示一大批地址。就不需要像交換機那樣苦哈哈的一條一條MAC地址記錄在表里。

· 路由表

路由器的作用，可以幫助我們在互聯網世界里轉發消息到對應的IP。
對比一下：交換機，是通過 MAC 頭部中，接收方 MAC 按地址，來判斷轉發目標的；路由器，則是根據 IP 頭部中， IP 地址來判斷的。
由于使用的地址不同，記錄轉發信息的表也會不同。類似交換機的MAC地址表，路由器也維護了一張路由表。而路由表，是用于告訴路由器，什么樣的消息該轉發到什么端口。

路由互聯時，假設A要發消息到D。也就是192.168.0.105/24要發消息到192.168.1.11/24。那么A會把消息經過交換機發到路由器。
路由器通過192.168.0.105/24獲得其網絡號是 192.168.0.0 ，而目的地的網絡號是192.168.1.0，二者網絡號不同，處于不同局域網。
查路由表，發現192.168.1.0,在e2端口，那么就會把消息從e2端口發出，到達交換機，交換機發現MAC地址是它局域網下的D機器，就把消息打過去。
當然，如果路由表里找不到，那就打到默認網關吧，也就是從e1口發出，發到IP192.0.2.1。這個路由器的路由表不知道該去哪，說不定其他路由器知道

03?路由器的作用與功能
路由器的一個作用是連通不同的網絡，另一個作用是選擇信息傳送的線路。選擇通暢快捷的近路，能大大提高通信速度，減輕網絡系統通信負荷，節約網絡系統資源，提高網絡系統暢通率，從而讓網絡系統發揮出更大的效益來。
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· 路由器和光貓有什么區別

不管是交換機還是路由器，前面都提到網口輸入的是電信號。但現在流行的是光纖傳輸，傳輸的是光信號。
而光貓（modem），是一種調制解調器，其實就是用于光電信號轉換的設備。

接收數據時，可以將光纖里的光信號轉化為電信號，發給路由器，路由器內部再轉成數字信號，并在此基礎上做各種處理。
相反，也會把路由器傳來的電信號轉為光信號，發到光纖，并進入互聯網。

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02?交換機

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01?交換機是什么？
交換機（Switch）意為“開關”，是一種用于電（光）信號轉發的網絡設備。它可以為接入交換機的任意兩個網絡節點提供獨享的電信號通路。最常見的交換機是以太網交換機。其他常見的還有電話語音交換機、光纖交換機等。
舉個例子，大學宿舍里拉了一根電信寬帶網線，宿舍有6個人，每個人都有一個寬帶賬號，都想上網，怎么讓一根網線變成6根網線呢？這時候就可以用交換機來解決問題，交換機提供了大量可供線纜連接的端口，這樣可以采用星型拓撲布線。

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02?交換機的分類
從廣義上來看，網絡交換機分為兩種：廣域網交換機和局域網交換機。廣域網交換機主要應用于電信領域，提供通信用的基礎平臺。而局域網交換機則應用于局域網絡，用于連接終端設備，如PC機及網絡打印機等。
從規模應用上又可分為企業級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。各廠商劃分的尺度并不是完全一致的，一般來講，企業級交換機都是機架式，部門級交換機可以是機架式（插槽數較少），也可以是固定配置式，而工作組級交換機為固定配置式（功能較為簡單）。

另一方面，從應用的規模來看，作為骨干交換機時，支持500個信息點以上大型企業應用的交換機為企業級交換機，支持300個信息點以下中型企業的交換機為部門級交換機，而支持100個信息點以內的交換機為工作組級交換機。
03 交換機的功能簡介

簡略地概括一下交換機的基本功能：
1、像集線器一樣，交換機提供了大量可供線纜連接的端口，這樣可以采用星型拓撲布線。
2、像中繼器、集線器和網橋那樣，當它轉發幀時，交換機會重新產生一個不失真的方形電信號。
3、像網橋那樣，交換機在每個端口上都使用相同的轉發或過濾邏輯。
4、像網橋那樣，交換機將局域網分為多個沖突域，每個沖突域都是有獨立的寬帶，因此大大提高了局域網的帶寬。
5、 除了具有網橋、集線器和中繼器的功能以外，交換機還提供了更先進的功能，如虛擬局域網（VLAN）和更高的性能。
最后注意：其實交換機下還可以再接交換機的，同一網段的 沒什么限制，但是最多不要超過四級。

· 交換機與網橋的區別

網橋，本質上可以理解為兩個網線口的交換機，正好可以把兩臺電腦給連起來，也叫橋接。而交換機，則是多網線口的網橋，可以把多臺電腦給連（橋接）起來。
其他功能方面，大差不差，不必太過糾結。

· 交換機和二層交換機和三層交換機有什么區別

這一部分提到的交換機，其實就是二層交換機，也就是工作在第二層（數據鏈路層）的交換機，二者沒區別。
而三層交換機，是工作在第三層（網絡層）的交換機，其實就是接下來要提到的路由器。
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03?寬帶貓（光貓）

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01?寬帶貓是什么？
“貓”，又叫做:調制解調器(英文名MODEM)（記住，這才是正經名字），作用是把通過電話線或者光纖進入的信號還原為數據以及把網線產生的數據轉換成模擬信號（電信號/光信號），所以，如果是電話線/光纖入戶的，都需要安裝調制解調器。
· 光貓：
光貓（光纖調制解調器）它是一種將光纖網絡信號轉化為網絡信號的設備，它轉換的距離比較大，所以不僅是我們家中、網吧等用網地方會用到，一些大的傳輸網絡的地方也會用到。
現在移動和聯通時都要用到光貓，但是它的功能和路由器還是不一樣的。用法也比較簡單，將傳網端與它相連，再用網線將它與路由器相連即可上網。

02?寬帶貓的原理
首先你需要知道的是，常見的信號有兩種，數字信號和模擬信號（光信號和電信號）。在計算機里運行的是數字信號，在網線（電話線/光纖）里傳輸的是模擬信號。
而“貓”就是一個信號轉換器，信號進行發送的時候，“貓”將計算機里的數字信號轉換為模擬信號從而使信號可以在網線里傳輸，這個過程稱為“調制”；接收端（另一臺電腦）也有一個調制解調器，將信號“解調”，由模擬信號轉換為數字信號在計算機里處理運行。So，到這里你應該理解了調制解調器的原理了吧。
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04?WIFI

WiFi是一種允許電子設備連接到無線局域網（WLAN）的技術，通常使用2.4G UHF或5G SHF ISM 射頻頻段。連接到無線局域網通常是有密碼保護的；但也可是開放的，這樣就允許任何在WLAN范圍內的設備可以連接上。
Wi-Fi是一個無線網絡通信技術的品牌，由Wi-Fi聯盟所持有，目的是改善基于IEEE 802.11標準的無線網路產品之間的互通性。

01?IEEE 802.11簡介

02?頻譜劃分
WiFi總共有14個信道，如下圖所示：

1）IEEE 802.11b/g標準工作在2.4G頻段，頻率范圍為2.400—2.4835GHz，共83.5M帶寬
2）劃分為14個子信道
3）每個子信道寬度為22MHz
4）相鄰信道的中心頻點間隔5MHz
5）相鄰的多個信道存在頻率重疊(如1信道與2、3、4、5信道有頻率重疊)
6）整個頻段內只有3個（1、6、11）互不干擾信道

03?接收靈敏度

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04?2.4GHz中國信道劃分
802.11b和802.11g的工作頻段在2.4GHz（2.4GHz-2.4835GHz），其可用帶寬為83.5MHz，中國劃分為13個信道，每個信道帶寬為22MHz
北美/FCC 2.412-2.461GHz(11信道)
歐洲/ETSI 2.412-2.472GHz(13信道)
日本/ARIB 2.412-2.484GHz(14信道）

05?SSID和BSSID

1）基本服務集（BSS）
基本服務集是802.11 LAN的基本組成模塊。能互相進行無線通信的STA可以組成一個BSS（Basic Service Set） 。如果一個站移出BSS的覆蓋范圍，它將不能再與BSS的其它成員通信。

2）擴展服務集（ESS）
多個BSS可以構成一個擴展網絡，稱為擴展服務集（ESS）網絡，一個ESS網絡內部的STA可以互相通信，是采用相同的SSID的多個BSS形成的更大規模的虛擬BSS。連接BSS的組件稱為分布式系統（Distribution System，DS）。

3）SSID
服務集的標識，在同一SS內的所有STA和AP必須具有相同的SSID，否則無法進行通信。
SSID是一個ESS的網絡標識(如:TP_Link_1201)，BSSID是一個BSS的標識，BSSID實際上就是AP的MAC地址，用來標識AP管理的BSS，在同一個AP內BSSID和SSID一一映射。
在一個ESS內SSID是相同的，但對于ESS內的每個AP與之對應的BSSID是不相同的。如果一個AP可以同時支持多個SSID的話，則AP會分配不同的BSSID來對應這些SSID。

整理：老楊丨11年資深網絡工程師，更多網工提升干貨，請關注公眾號：網絡工程師俱樂部