计算机的六种连接方式

计算机的连接方式不断更新以适应不同的场景。

交叉线

当只存在两台计算机时，可以通过 交叉线直连，此时需要是同一网段

当发送数据时，会经过以下步骤

• 知道对方机器的 IP 地址
• 获取对方机器的网卡（MAC）地址发送数据
• 接收方获取到数据后先经过网卡，再发送到上一层。

通过模拟器来感受一下发送数据的过程。

• 当发送消息给目标机器时，只知道其 IP 地址，首先会通过 ARP 协议获取到目标机器的 MAC 地址。（协议发送给目标机器、目标机器回复）
• 获取 MAC 地址后，通过 ICMP 将消息传递给目标机器。

同轴电缆

以上情况适用于两台计算机时，如果有更多的计算机要相互连接发送消息呢？

比较早一点的方式是使用 同轴电缆，左右两边有终结电阻，每个设备用 T型连接器 通过同轴电缆连接。

这种连接方式存在很多问题

• 半双工通信且容易冲突，同一时间只允许往一个方向发数据，如果电缆上有数据，不会马上发送，会进行等待，等到空闲时发。
• 不安全，发送数据时，电缆上的所有设备都会接收到，甚至是终结电阻，机器即使发现MAC地址不是自己，也无法回应。
• 中间断了，整个瘫痪，如果第一台机器的连接线断裂了，那么受影响的机器不止连接线的那一台机器，其它的消息发送过去还会回弹，影响所有设备。

集线器

集线器可以解决【中间断了，整个瘫痪】的问题，但它仍存在半双工通信和不安全的特点。

来模拟通过集线器，计算机0发送消息给计算机2的数据传递过程。

• 只知道目标的 IP 地址，所以要通过 ARP 协议获取目标机器 MAC 地址，集线器将ARP协议会发送给所有计算机，所有计算机将自己的 IP 地址通过 ARP 协议再发送给计算机0。

• 获取到计算机2的MAC地址后，发送带有源地址和目标地址的 ICMP 协议，此时集线器又将 ICMP 协议发送给所有计算机，计算机2是目标机器，其它机器不会接收。

• 最后由计算机2发送ICMP协议回应计算机0，同样会发送给所有的机器，只有计算机0接收。

此时即使有集线器连接的某一端线路断掉，也不影响其它设备的数据传输。

网桥

可是集线器仍然没有解决，知道了每个设备的 MAC 地址，仍然要将 ICMP 协议给发送给所有设备的问题，网桥便是进阶的解决方案。

在同一网段，网桥可以通过自学习得知每个接口那侧的mac地址，从而起到隔绝冲突域的作用，两侧互不干扰，可以各自发数据。

当计算机0发消息给计算机1时，

• 计算机0发送 ARP 协议（带有源 IP 地址和目标IP 地址），此时会发送给所有计算机，但经过网桥0 的时候，网桥0通过IP地址记忆了计算机0在左侧。
• 计算机1发送 ARP 协议告知 MAC 地址，同样会发送消息给所有计算机，网桥0通过IP地址记忆了计算机1也在左侧。
• 计算机0发送ICMP协议（带有源 IP 地址和目标IP 地址）的时候，网桥0知道目标IP计算机1在左侧，不会向右侧发送ICMP协议。
• 计算机1回应ICMP协议（带有源 IP 地址和目标IP 地址）时，网桥0知道目标IP计算机0在左侧，不会向右侧发送ICMP协议。

通过网桥的记忆功能，起到隔离冲突域的作用，减少 ICMP 协议的发送次数。

交换机

但是网桥只有两个接口，可以连接的设备很有限，交换机的功能相当于集线器+多接口的网桥，它同样具有记忆功能，记录计算机的IP地址。

当计算机0要发数据给计算机1时

• 先通过 ARP 协议（带有源地址和目标地址），获取机器的 MAC 地址，ARP协议要发送给所有的计算机，此时交换机0记忆了计算机0的IP地址
• 计算机1是目标机器，发送自己的 MAC 地址给计算机0，交换机0知道计算机0在自己的左侧，所以这次的 ARP 协议不会发送到交换机1那一侧。并且此时计算机0记忆了计算机1的IP地址
• 计算机0再发送 ICMP 协议给计算机1时，交换机0也不会将 ICMP 协议发送到交换机1那一侧，因为它知道目标机器计算机1在自己的左侧。
• 同样计算机1再回应 ICMP 协议时，也不会向交换机的右侧发送数据。

交换机可以全双工通信，两侧可以互发消息，一侧故障不影响其它机器，并且具有记忆功能，减少 ICMP 协议误发的可能性。

路由器

如果全国甚至全世界的机器都通过交换机连接的话，因为交换机不能跨网段使用，所以不仅 IP 地址不够用，并且 ARP协议要发送全国至全世界，仍然是不安全的。

路由器就成了这些问题的终极解决方案，路由器是跨网段使用的，可以隔绝广播域，想要使用路由器，需要配置路由器对应测的接口IP地址，并在每台计算机上配置网关。

主机发数据之前，首先会判断目标主机的ip地址和它是否在同一个网段

• 在同一个网段：ARP，通过交换机/集线器传递数据
• 不在同一个网段：通过路由器转发（网关 gatway）

计算机0想要发消息给计算机3

• 因为已经跨网段，所以目标IP地址变成了网关的IP地址，此时发送 ARP 广播，是为了获取网关的 MAC 地址
• 获取网关的MAC地址后，发送 ICMP 协议，经过交换机将消息发送给网关
• 网关发现目标IP地址是右边的网段，右边的网关向右边经过交换机发送 ARP 广播，找寻目标IP地址机器的 MAC 地址
• 找到目标IP的 MAC地址后，右边的网关发送 ICMP 协议给目标机器
• 目标机器发消息经过右边交换器发送路由器，路由器经过左边交换机发送给源机器

总结

• 交叉线适合两台计算机直连
• 同轴电缆半双工通信、不安全、中间断了整个瘫痪
• 集线器一个断了不会影响其它，仍然是半双工通信且不安全
• 网桥具有记忆功能，可以记忆计算机的IP地址
• 交换机相当于具有集线器+多接口的网桥，但仍然不能够跨网段
• 路由器有记忆功能、可以跨网段

以上就是 计算机的六种连接方式， 更多有关 前端、网络协议的内容可以参考我其它的博文，持续更新中~