在初步理解了计算机网络的体系结构后，考虑到光靠文本不能给大家带来足够的感性体验，我们先用网络模拟器来看看，如何保证多台计算能够互联互通。

本篇章需要的模拟器软件为：Cisco Packet Tracer

由于这个软件在官网上需要看课答题才能下载，且注册起来非常麻烦且容易出问题，为了方便，我会将安装破解汉化流程及其文件链接放在评论区。

计算机间的链接方式

一、两台计算机的互联

●  网线直连

  ○  需要交叉线（不是直通线，直通线也就是我们平时说的网线）

在根据流程成功进入Cisco Packet Tracer后，我们会发现我们界面是形如这样的

我们会发现，下面的那一列有非常多的选项，在这里我们需要找到PC设备和连接。

我们需要将PC设备拖到我们的白板上，并点击下方的连接选项，我们会发现，在我们计算机网络中，两个设备的链接并不是我们想象的只需要网线就好了，我们发现计算机的组网连线其实是非常复杂的，当然，这点只作了解即可。

此处我们只需要选择自动选择连接类型即可。

可以看到，在此处我们自动连接选到是铜交叉线，理论上来说，我们两台同种设备，是不能直接用我们现在经常看到的网线相连的。那肯定有人会问，那为什么很多电脑网线一插就有网了呢？

那是因为我们网线的另一端插的是路由器或交换机而非另一台主机（这部分的原理涉及到我们硬件中的管脚的概念，感兴趣的兄弟可以去搜搜）。

●  能否通信

那现在我们的两台计算机已经相连了，那我们就可以通信了吗？

答案显然是否定的，在计算机中，我们会引出一个概念——IP地址（这个我们东西我们后面会着重强调并讲解），这个东西可以理解为我们电脑的身份证。

我们单击我们的PC设备，我们会发现，我们进入了“计算机的内部”，在这里我们要配置我们的IP地址，在配置选项中的FastEthernet0，你可以把这个东西理解为我们的网卡。

但在提到其中的IP配置前，我们可以看到上面的MAC地址，这个东西就是我们网卡的地址，这个我们先不细讲，在下一篇中，我们会详细的学习这个东西。

好的，我们现在来看IP配置

我们按照上方图片中注释里的IP来配置，填在在FastEthernet0中的IPv4 Address栏，填上上图的IP，我们的子网掩码会自动配置好，至于为什么这么配，仍会放在我们的IP章节。

像这样，我们就完成了对两台PC设备之间的连接，此时，我们需要ping命令来验证我们的连接。

我们点开我们桌面选项中的命令提示符，对其ping了一下，发现确实是可以收到东西的，即验证连接成功。

●  仿真模式

虽然我们已经验证连接成功了，但我们会发现，这样好像还是有点不舒服，感觉可视化还是不到位，我们Cisco Packet Tracer这个软件就是旨在一切都可以用鼠标与可视化图像完成，那么来吧！

我们可以看到在我们的右下角有两种模式一种是实时，一种是仿真。而仿真模式呢，就像我们IDE中的调试功能一样，能将我们的指令转化为多步操作并一步一步展示给你看。

我们的红框就是我们的ping命令了，我们点击一下，并点击你想发送的起始PC，再点击另一台PC就可以了，而我们的蓝框就是将这个操作给拆分，并一步步执行。而我们的绿框，则是对上述ping命令的删除，也就是会删除右上角的框框中的内容。

当然此时你就算在刚才的命令提示符中ping包，那此处也会进行操作拆分。

当我们点击我们ICMP包后，就能看见更多信息，如OSI模型内部展，以及协议头的内容展示等

●  ARP

当我们看到这个信息，思维敏锐的你可能会发现，虽然我们自己的机器现在知道了对方的IP地址，但自己的机器凭什么知道对方的MAC地址呢，这两个东西可是一一映射的啊。

其实刚在此处我先用ping命令也是在隐藏这一点，如果我们一开始就进行可视化抓包，我们就会知道，我们一开始是会先去广播对方，拿到对方的MAC地址后，我们才会发我们的包。现在我们从头开始再一次进行我们的ping命令。

在此之前，我们先将我们的第二台计算机的IP配置改一下，目的是为了丢弃当前对方的信息（只要前面三位是192.168.1最后一位看你心情设置就好了）

我们会发现，当我们放ICMP包后，突然出现了ARP包，虽然这个ARP协议是想放在了MAC地址那章节讲解，但为了考虑连贯性，此处我就直接讲完吧。

●  ARP协议——也称地址解析协议

（在这块如果想重置每个设备之间的记忆存储，我们就可以点击在左下角那个时间旁边的旋转中间有个点的图案）

我们点击第一个ICMP包后，我们可以看到下图中我们的链路层是空的，而之前的那种情况，链路层是有MAC地址的，但我们计算机内核一看到我们链路层为空，那它肯定会想：“那这不行啊，我链路层为空，那我到底往哪发啊？”，那这个时候，我们ARP协议包就应运而生了。

那么，我们的ARP包到底是在干啥呢？我们可以看到下图

我们可以看到，我们此处从计算机0发往计算机1的ARP包中就写了，从哪哪哪也就是第一条MAC地址，发往FFFF.FFFF.FFFF的设备（这个全F的地址含义是广播，也就是只要现在跟我连着的设备，我全都发），该目的设备拿了包一看，如果IP地址对上了：“我去，这老乡见老乡，两眼泪汪汪，原来你才是我的命中注定之机”，那么该设备就会向源设备回一个ARP包，其中就会包着该设备的MAC地址。若并非是自己的IP地址，那就不用回了。

当ARP包回来后，我们就会发现我们的ICMP包的链路层就填好了。

ARP其实是具有时效性的，我们互联的设备中ARP是需要经常发送的。

二、多台计算机的互联（旧式）

● 同轴电缆

          ○  连接模型，左右扩散

         ○  连接特点：

                ■ 半双工通信、容易冲突

                ■ 不安全、一旦某段线路出现问题，整个通信网络都会瘫痪

此处的半双工为硬件概念，在此只说明下三种通信方式都是什么意思。

我们在通信过程中，都有发送端和接收端。

单工： 发送端、接收端，设备只具有两者之一的一种能力。

全双工： 发送端、接收端，设备具有两种能力。

半双工： 发送端、接收端，设备具有两种能力，但信道只有一根，即在同一时间只能满足一种能力，最典型案例为对讲机。

三、多台计算机的互联 --- 集线器（Hub）

● 概念

集线器有多个接口，接口的类型是RJ-45。一个接口收到数据后会发给其它的全部接口。集线器工作在物理层，类似于一个多接口的转发器，收到什么就转发什么，一个接口收到会转发给其它的全部接口。

● 连接模型

此处我们选择集线器版本的时候，我们只需要用以名字为命名的通用版本就可以，往后的装置都同理

我们现在按照该模型来配置机器，并开始演示。

看到右边的栏目我们会发现，每次消息发送到集线器时，集线器都会广播一次，这是因为集线器是没有记忆能力的，只是一台纯硬件。等会我们看到交换机就不一样了。

因此，其实集线器是有很多问题在的，如果将更多的设备与集线器连接，那么冲突一定会非常多，因为我们的数据包是在到处发的。但由于是纯硬件，所以集线器的收集能力强的过分（即你发的包我集线器全收了，并发到其他所有连接设备），在某种意义上来讲，这也许是件好事，因为在工作中若遇见需要抓包或调试的情况，那么集线器就是很不错的选择。

当然，集线器之间也是能相互连通的，如下图。

● 连接特点：

        ■ 半双工通信、容易冲突

        ■ 不安全、跟同轴电缆一样，没有记录存储能力，但某两个节点出现问题，不影响其他节点

● 缺点：

        如果有1000台设备用多集线器连接，那么1台主机发送的数据，虽然最后只有一个主机来处理这个数据包，但会被发送到999台主机，对整个网络链路的占用率会非常高

四、多台计算机的互联 --- 网桥（Bridge）

● 概念

网桥又叫做桥接器，工作在数据链路层，是一个二层设备。网桥能够互连两个采用不同传输介质与 不同传输速率的网络，但是网桥需要互连的网络在数据链路层以上采用相同的协议。网桥可以分隔两个网络之间的通信量，对收到的帧根据其MAC帧的目的地址进行转发和过滤。当网桥收到一个帧时，并不是向所有的接口转发此帧，而是根据此帧的目的MAC地址，查找网桥中的地址表，然后确定将该帧转发到哪⼀个接网，或者是把它丢弃(即过滤)，这点特性也就是我们刚提到的“记忆能力”，但与交换机不同的是，他只有两个接口。

网桥设备在我们软件中交换机栏那里，我们将它拿出来后，我们点击它，我们发现网桥这个东西，它并不用配置什么IP什么的，也就是说它仍然是物理层的硬件，不过是加了张“记忆存储表”的集线器。

● 通信流程

（如果此处网桥左右两边的绿色三角变成橙色了，那么不断切换实时和仿真模式就可以变为绿色三角，相当于是个bug？）

我们开始解析这个模型的互联过程：

我们现在先将从计算机1ping计算机2，我们不断的往前走，直到 计算机2 将ARP包回给 集线器1，我们 集线器1 又将ARP包发给网桥，我们会发现此处ARP包是过不去网桥的，原因就是，我们计算器1 发第一个ARP包的时候 集线器1 已经帮我们广播给网桥了，网桥已经记录了计算机1的信息，且也知道了 计算机1 在网桥的左边，所以 计算机2 回的那个ARP包是不能通过网桥的。

到最后的最后会有个STP包，名为生成树协议，这个先不用管。

五、多台计算机的互联 --- 交换器（Switch）

● 特点

相当于集线器+网桥，接口更多的网桥、全双工通信，比集线器安全。

既然和上述装置非常的相似，那我们就直接开始

● 通信流程

我们从 计算机1 向 计算机2 发一个包，我们的ARP不断发发发，然后到 计算机2 回给交换机0 的时候，我们再做一步，就会发现跟网桥一样，我们的交换机只会把 计算机2 回的ARP回给 计算机1，而不会再次广播到 计算机0/3。

此时如果我们进行 计算机0和3 的通信，那么我们交换机就还要广播，因为仍不知道谁是0或3。

● 思考

全球所有的设备都用交换机连接会是什么情况？

答：理论上是可以的，

但我们的网络带宽将几乎全部被广播流量占据，有效数据无法传输，网络会瞬间瘫痪。

而且交换机的MAC地址表容量有限（通常几万到几十万条）但有数十亿设备的MAC地址需要学习，这远超任何交换机的处理能力。

六、多台计算机的互联 --- 路由器（Router）

● 特点

 ○  可以在不同网段之间转发数据

 ○  隔绝广播域

● 之前的多台计算机互联，连接的设备必须在同一网段，处在同一广播域，像下图中的计算机0去ping计算机2是ping不通的，那这个时候，我们路由器就来了。

● 通信流程

跟之前一样，我们在这里型号选择通用的PT-Router。

我们路由器其实就是个中转站，他会根据实际选择往哪个地方发。

那么我们怎么让左边的192.168.1的网段能通过路由器到右边的192.168.2的网段呢？

我们先来看看在我们PC设备里有一个全局设置，全局设置中是有一个网关设置的，那么这个网关是什么意思呢，当我们计算机发现我们目标IP不是我们这个网段的，那么他就会把这个目标IP的数据包发给网关，而路由器就充当着这个网关的角色。 

我们再点开我们的路由器配置来看，我们会发现好多的接口啊，那这个路由器的左边和右边的线到底又分别对应哪个接口呢，我们设置里就可以设置显示出来这个线条的对应接口，点开我们最上面的选项，再点首选项，再点击红框中的选选项就会出来了

现在，我们开始配置网关，我们对应接口一定要配上属于那边接口的网段，也就是前三位一定要一样，最后一位，要跟那边网段的设备都不一样，我们通常写为1，然后右边也同理，注意我们这里端口状态是默认关闭的，需要打开，否则下面的那个红色三角就没办法变为绿色三角，也就是非通状态。

那我们既然已经设置好了路由器的IP配置，那么是不是就说明我们现在可以跨网段互联了呢？我们不妨可以试一下。

我们发现ICMP包根本就发不出去，这是为什么呢？

因为你忘了一个最重要的步骤，就是让你的计算机要认识网关在哪

还记得我们点击我们的PC设备在全局设置那有个网关设置吗，我们需要在此处也进行IP设置，就是填入路由器接口设置的IP，即刚刚的192.168.1.1。

那么此时我们就可以进行互联了，在这其中，仍有一部分内容需要强调——因为我们的链路层并不知道跨网段的对方的MAC地址，所以我们会先找网关的MAC地址。

找到过后当ARP回到了计算机0且计算机0发了ICMP包到路由器那，我们会发现，路由器会继承原本计算机0的工作，即去广播谁是计算机2，且我们会发现我们的路由器会将ICMP包给丢掉，因为路由器在广播的过程中，路由器的等待队列会将第一个ICMP包丢掉，并等待足够的时间让计算机0重发这个包，然后再去发给计算机2，这部分原因是考虑到，因为如果对面没有想要的IP地址，但ICMP包仍占据了路由器的等待队列，这样肯定会占据不必要的资源，故进行了丢包。

所以流程我们总结为：

1> 同一个网段：ARP广播，查找MAC，通过交换机、集线器传递数据

2> 不在同一个网段：主机向网关发送数据，通过路由器转发数据

结语

那么关于计网组网的讲解就到这里了。

我是YYYing，后面还有更精彩的内容，希望各位能多多关注支持一下主包。

无限进步，我们下次再见。

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