计算机网络——每一层的用到的设备及其作用

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OSI参考模型

传输层：传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）‌：TCP提供可靠的传输服务，而UDP提供不可靠的服务‌

网络层：路由器、防火墙、三层交换机

数据链路层：二层交换机、网桥

物理层：网卡‌、中继器、调制解调器、集线器，通过双绞线、光纤连接

TCP/IP协议族

应用层 ：提供特定于应用程序的协议 HTTP FTP IMAP
传输控制层：发送数据包到计算机上使用特定端口号的应用程序
IP网络层：使用IP地址将数据包发送到特定的计算机
链路层：将二进制数据包与网络信号相互之间转换

集线器（Hub）

工作在OSI参考模型第一层物理层，与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用CSMA/CD（即带冲突检测的载波监听多路访问技术）介质访问控制机制。

群发：采用广播方式发送。

半双工：集线器每个接口简单的收发比特，收到1就转发1，收到0就转发0，不进行碰撞检测。

交换机（Switch）

交换机：利用Mac地址通信，将每个设备的mac地址和端口号记录为一张表。

功能
数据包转发：交换机在局域网内根据MAC地址转发数据包，确保数据准确传输到目标设备。

网络分段：通过划分VLAN（虚拟局域网）隔离网络流量，提高网络效率和安全性。

全双工通信：支持设备同时发送和接收数据，提高网络吞吐量。

应用场景
局域网内连接多台设备（如电脑、打印机、服务器）。

数据中心中连接服务器和存储设备。

特点
工作在数据链路层（OSI模型的第2层），部分高端交换机支持网络层功能（第3层交换机）。

基于MAC地址转发数据。

通常具有多个以太网接口。

路由器（Router）

路由器：为每一个设备分配一个数字地址（IP地址），通过数字地址来实现两个局域网之间的通信。
这个传输使用的协议集合就是TCP/IP。

把一个数据包发给某个IP地址？
路由器查询内置的路由表，看IP是否在自己的网络内，如果不在就转发给路由表内下一个IP地址所在的路由器。

功能

路由选择：路由器的主要功能是在不同网络之间转发数据包，选择最佳路径将数据从源设备传输到目标设备。

网络互联：连接不同的网络（如局域网LAN和广域网WAN），实现跨网络通信。

NAT（网络地址转换）：将私有IP地址转换为公共IP地址，使多个设备可以共享一个公共IP访问互联网。

防火墙功能：提供基本的安全防护，如数据包过滤、访问控制等。

特点

工作在网络层（OSI模型的第3层）。

支持多种协议（如IP、ICMP、ARP等）。

通常具有WAN和LAN接口。

无线路由器（家庭宽带）

包含了交换机的功能，路由器连接光猫实现互联网的访问。

光猫

光调制解调器，是网络接入的必备设备。

功能

主要连接光纤线路，将光纤中的光信号转换成电脑和路由器可以理解的数字信号。所以缺少光猫则无法拨号上网。

网关（Gateway）

功能

协议转换：网关的主要功能是在使用不同协议的网络之间进行数据转换和通信。例如，将TCP/IP协议的数据转换为工业网络中的Modbus协议。

网络互联：连接不同类型的网络（如局域网与广域网、物联网与传统网络）。

数据聚合：将多个设备的数据聚合后传输到上层网络或云端。

边缘计算：网关通常具备较强的计算能力，可以在本地处理数据，支持边缘计算。

应用场景

工业物联网中连接工业设备与云端。

智能家居中连接不同协议的设备（如ZigBee、Wi-Fi、蓝牙）。

企业网络中连接内部网络与外部网络。

特点

可以工作在OSI模型的所有层（从物理层到应用层）。

通常具备较强的计算和存储能力。

支持多种协议和接口。

IP地址

公网IP：能被整个互联网范围。

私网IP：只能局域网内访问。

NAT 网络地址转换：解决IP地址不足

把同一个IP地址分享给局域网下多个设备同时使用的技术。

端口映射：在IP地址后增加一串端口号。网关吧这些端口映射给局域网的各个设备。

国内大多数用户的IP地址都是运营商使用NAT后分配的私有地址。

缺陷：内网设备只能单向连接公网IP，从外网访问局域网不行。

解决：借助一个具有公网IP的服务器（蒲公英），它能将不同网络环境下的设备组成局域网，就像连接在同一台交换机上使用。

DNS服务器

提供一个分布式的域名系统，帮助计算机和互联网用户将域名转换为对应的IP地址，以便计算机能够准确找到目标服务器并建立连接。

DNS使用UDP端口53

代理IP和VPN

代理IP

代理IP充当互联网与用户之间的网关，它具有自己的IP地址。用户使用代理服务器的IP地址向目标网站发出请求，然后代理服务器会将获取的数据再返回给用户。在这个过程中，目标网站只知道代理服务器的IP地址，用户的真实IP地址就被隐藏起来了。

VPN

虚拟专用网络，通常情况VPN网关采取双网卡结构，外网卡使用公网IP接入Internet。它可以在用户和服务器之间建立一个加密的隧道，即在公用网络上建立专用网络，进行加密通讯。当用户使用VPN时，流量会通过该加密隧道进行传输，从而保障数据的安全性和隐私性。

通过对数据包的加密和数据包目标地址转换实现远程访问。

防火墙（FW）

一种网络安全系统，监控和控制网络流量，根据预定义的安全规则决定是否允许数据包的传输。

主要功能

‌安全域划分与策略部署‌：根据不同的安全需求划分网络区域，并部署相应的安全策略。
‌访问控制‌：通过访问控制列表实现对网络流量的控制，允许或拒绝特定的网络通信。
‌防止内部消息外泄‌：保护内部网络中的敏感信息不被未授权访问。
‌审计功能‌：记录网络活动，帮助追踪和审计网络行为。
‌网络地址转换（NAT）‌：隐藏内部网络的细节，增加外部攻击的难度‌

GFW（国家公共网络监控系统）

翻墙：利用虚拟私人网路VPN，隐藏自己的真实IP地址，通过互联网流量路由连到其他国家、地区的服务器，绕过防火墙封锁，并且访问被封锁的网站。