网络传输之osi7层模型

一、物理层（第一层）

第一层是 物理层。第一层中有很多技术——从物理网络设备、布线到电缆如何连接到设备之间的一切。另外，如果我们不需要电缆，那么信号的类型和传输方式是什么（例如，无线宽带）。

我没有列出第一层中的各种技术，而是为这些技术创建了一个更大的分类。我鼓励读者进一步学习每一种分类：

• 节点（设备）和网络硬件。 设备包括集线器、中继器、路由器、计算机、打印机，等等。这些设备内的硬件包括天线、放大器、网卡（NIC，Network Interface Card），等等。
• 设备接口机制。 电缆如何连接到某个设备，以及连接到设备上的哪个地方（电缆连接器和设备插座）？连接器的大小和形状如何，它有多少个引脚？决定引脚处于活动状态还是非活动状态的东西是什么？
• 功能和程序逻辑。 连接器中每个引脚的功能是什么——发送还是接收？决定事件顺序，以便节点能够开始与第二层上的另一个节点通信的程序逻辑是什么？
• 电缆协议和规范。 以太网（CAT）、USB、数字用户线（DSL，Digital Subcriber Line）等。规范包括最大电缆长度、调制技术、无线电规范、线路编码和位同步（下文还有更多）。
• 电缆类型。 选择有屏蔽或非屏蔽双绞线、非双绞线、同轴电缆等。从这里了解更多电缆类型。
• 信号类型。 基带一次一个比特流，就像铁路一样——只支持单向。宽带同时包含多个比特流，就像双向高速公路一样。
• 信号传输方法（可能是有线的或无线的）。 选择包括电（以太网）、光（光纤网络、光纤）、无线电波（802.11 WiFi，a/b/g/n/ac/ax 变种或蓝牙）。如果是无线的话，则要考虑频率：2.5 GHz 还是 5 GHz。如果是有线或以太网的话，则还要考虑网络标准，例如 100BASE-T 和相关标准。

第一层的数据单元是比特（bit）。

比特是可传输数字信息的最小单元。比特是二进制的，要么为 0 要么为 1。字节（byte）由八个比特组成，用于表示单个字符，比如字母、数字或符号。

根据硬件设备支持的数据速率（传输速率，每秒或每毫秒的比特数量），比特被发送到硬件设备或从设备发出。这个过程是同步的，从而保持单位时间内发送和接收比特的数量相等（这被称为比特同步）。比特的传输方式由信号的传输方式决定。

节点可以发送比特、接收比特，或者收发兼顾。如果节点只能收或只能发，那么该节点采用的就是单工模式。如果节点既可以收又可以发，那么该节点采用的就是双工模式。如果一个节点可以同时进行收发操作，那么它就是全双工的，否则就是半双工的。

最初的以太网是半双工的。如果采用了正确的设备，现在也可以选择全双工的以太网。

如何排查第一层中的问题

这里是第一层中要当心的一些问题：

• 电缆失效，例如电线损坏或连接器损坏
• 网络硬件设备故障，例如电路损坏
• 东西正被拔出（我们都遇到过……）

如果第一层出了问题，第一层以上的任何东西都不会正常工作。

TL;DR

第一层包含的是基础设施，它让网络通信变成可能。

它定义了用于激活、维护和停用网络设备之间的物理连接的电气、机械、程序和功能规范。——来源

有趣的事实：深海通信电缆在全世界传输数据。这张地图会让你大开眼界：Submarine Cable Map。

二、数据链路层（第二层）

第二层是 数据链路层。它定义了数据的传输格式、可以在节点间流动的数据量大小、数据流动可以持续的时长，以及在流中检测到错误时应采取的措施。

使用更加正式的技术术语描述如下：

• 线路规划。 谁应该交流多久？节点传输信息的时间应该持续多久？
• 流量控制。 应该传输的数据量是多少？
• 错误控制-检测和校正。 从电尖峰脉冲到卑鄙的连接器，所有的数据传输方法都有可能出错。一旦第二层的技术告知网络管理员有关第二层或第一层的问题，系统管理员就能为后续几层纠正那些错误。第二层主要关心的是错误检测，而不是错误校正。（来源）

第二层内有两个截然不同的子层：

• 介质访问控制（MAC，Media Access Control）： MAC 子层负责分配硬件标识号，这个标识号被称为 MAC 地址，它能够唯一标识网络上的各个设备。两个设备不应该有相同的 MAC 地址。MAC 地址在硬件制造时就分配好了，位于网卡当中，大多数网络都会自动对其进行识别。交换机会跟踪网络上所有的 MAC 地址。在这里和这里了解更多有关 MAC 地址的信息，在这里进一步了解网络交换机。
• 逻辑链路控制（LLC，Logical Link Control）: LLC 子层处理帧的寻址以及流量控制。速度取决于两个节点之间的链路，例如以太网或 Wifi。

第二层的数据单元是 帧（frame）。

每一帧都包括一个帧头、主体和一个帧尾：

• 帧头：通常包括源节点和目的节点的 MAC 地址。
• 主体：由要传输的比特组成。
• 帧尾：包括错误检测信息。当检测到错误时，根据实现或网络的配置或协议，帧可能被丢弃，或者错误会被报告给上面的层，用于进一步错误校正。例如，错误检测机制的有循环冗余校验（CRC，Cyclic Redundancy Check）和帧校验序列（FCS，Frame Check Sequence）。从这里了解更多有关错误检测技术的信息。

来源

帧的大小通常有一个最大值，这个值被称为最大传输单元（MTU，Maximum Transmission Unit）。巨型帧的大小超过了标准的 MTU，从这里了解更多有关巨型帧的信息。

如何排查 OSI 第二层中的问题

这里是第二层中要当心的一些问题：

• 可能在第一层上发生的所有问题
• 两个节点间的连接（会话）不成功
• 成功建立但又间歇性失败的会话
• 帧冲突

TL;DR

数据链路层允许局域网内的各节点彼此相互通信。这一层建立了线路规划、流量控制和错误控制的基础。

三、网络层（第三层）

第三层是 网络层。 就是在这里，我们通过路由器在网络间或跨网发送信息。不仅仅是节点到节点的通信，我们现在还可以进行网络到网络的通信了。

路由器是第三层的主力——它们是在第三层中必不可少。路由器跨越多个网络移动数据包。

路由器不仅通过连接到网络服务提供商（ISPs，Internet Service Providers）提供因特网访问，还跟踪着所在网络中的一切（记住交换机跟踪的是一个网络中所有的 MAC 地址），它所连接的其它网络，以及在这些网络中路由数据包的不同路径。

路由器将所有的地址和路由信息都保存在路由表中。

这里是一个简单的路由表示例：

图片来源 + 从这里了解更多有关路由表的信息

第三层的数据单元是 数据包（data packet）。通常，每个数据包都包含一个帧 加上 一个 IP 地址信息的包装。换句话说，帧被第三层的地址信息封装了。

数据包中传输的数据有时也被称为 负载（payload）。每个包都拥有到达目的地所需的一切，但是它能不能成功抵达就是另外一回事儿了。

第三层上的传输是无连接的、尽力而为的——除了将流量发往它应该去的地方，它们不会做任何事。更多与数据传输有关的协议在第四层。

节点一旦连接到因特网，它就会被赋予一个因特网协议（IP，Internet Protocol）地址，它看起来要么像 172.16.254.4（IPv4 地址），要么像 2001:0db8:85a3:0000:0000:8a2e:0370:7334（IPv6 地址）。路由器在它们的路由表中使用 IP 地址。

IP 地址通过地址解析协议（ARP，Address Resolution Protocol）与物理节点的 MAC 地址相关联，ARP 用节点对应的 IP 地址解析 MAC 地址。

ARP 通常被认为是第二层的一部分，但是由于 IP 地址在第三层以下都不存在，所以 ARP 也是第三层的一部分。

如何排查第三层中的问题

这里是第三层中要当心的一些问题：

• 所有可能在之前各层中出现的问题 :)
• 路由器或其它节点故障或无功能
• IP 地址配置不正确

很多第三层问题的答案都要求使用像 ping、trace、show ip route 或 show ip protocols 这样的命令行工具。在这里了解更多与有关一至三层问题排查的信息。

TL;DR

第三层允许节点连接到因特网并跨越不同网络发送数据。

四、传输层（ 第四层）

第四层是 传输层。在这里，我们会深入探讨了两个节点之间连接的具体细节，以及信息是如何在它们之间进行传输的。第四层建立在第二层的功能之上——线路规划、流量控制和错误控制。

这一层也负责数据包的分段，或者说数据包如何被拆分成小片并发往整个网络。

不像上一层，第四层也理解整个消息，而不只是每个独立的数据包的内容。根据对整个消息的理解，第四层不再一次性发送所有数据包，从而管理网络拥塞。

第四层的数据单元有好几个不同的名字，对于 TCP 而言，数据单元是数据包。对于 UDP 而言，包被称为数据报（datagram）。为了简化，我将只使用数据包这个术语。

第四层中最有名的两个协议是传输控制协议（TCP，Transmission Control Protocol）和用户数据报协议（UDP，User Datagram Protocol）。

TCP 是一个面向连接的协议，优先保证的是数据的质量而不是速度。

TCP 显式地与目的节点建立连接，并要求在数据传输时进行源节点与目的节点之间的握手操作。握手能够确认数据已经被接收。如果目的节点没有收到所有的数据，TCP 就会要求进行重传。

TCP 也会确保数据包以正确的顺序交付或者重组。从这里了解更多有关 TCP 的信息。

UDP 是一个无连接的协议，优先保证速度而不是数据的质量。UDP 不要求进行握手，这也正是它被称为无连接的原因。

因为 UDP 不必等待确认，所以它可以以更快的速度发送数据，但并非所有的数据都能成功传输，我们也不会知道哪些数据传输失败了。

如果信息被拆分成多个数据报，除非这些数据报都包含一个序列号，否则 UDP 无法确保以正确的顺序重组数据包。从这里了解更多有关 UDP 的信息。

TCP 和 UDP 都将数据发往网络设备上的特定端口，这些网络设备都有自己的 IP 地址。IP 地址和端口号的组合被称为套接字（socket）。

从这里了解更多有关套接字的信息。

从这里和这里了解 TCP 与 UDP 这两个协议之间的更多差异和相似之处。

如何排查 OSI 第四层中的问题

这里是第四层中要当心的一些问题：

• 所有可能在之前各层中出现的问题 :)
• 被封锁的端口——检查你的访问控制列表（ACL，Access Control List）和防火墙
• 服务质量（QoS，Quality of Service）设置。QoS 是路由器/交换机的一个功能，可以对流量进行优先级排序，并且它们真的可以把事情搞砸。从这里学习更多有关 Qos 的信息。

TL;DR

传输层通过将消息分割成多个数据包提供端到端的消息传输，支持面向连接的和无连接的通信。

五、会话层（第五层）

第五层是 会话层，负责建立、维持和终止会话。

会话建立在两个网络应用之间，是双方商定好的连接。注意，我们没有说两个节点，我们已经离开节点了，它们是第四层中的东西。

开玩笑的，我们还是有节点的，但是第五层不需要保留节点的概念，因为它是之前各层抽象出来的（关心）的概念。

所以会话是一个建立在两个特定的用户应用之间的连接，其中有一些重要的概念需要考虑：

• 客户端与服务器模型：请求信息的应用被称为客户端，拥有被请求信息的应用被称为服务器。
• 请求与响应模型：在建立会话的过程和会话期间，不断有来回的信息请求，还有包含被请求信息的响应或者是“嘿，我没有你要的东西”。

会话持续的时间可以非常短，也可以非常长，有时会话也可能会失败。

根据所采用的协议，会话可能会启动各种故障解决程序。根据所使用的应用程序/协议/硬件，会话可能支持单工，半双工或全双工模式。

第五层中协议的例子有网络基本输入输出系统（NetBIOS，Network Basic Input Output System）和远程过程调用协议（RPC，Remote Procedure Call Protocol）等等。

从这里往上（第五层及以上），网络关注的是与用户应用程序建立连接以及如何向用户展示数据。

如何诊断 OSI 第五层中的问题

这里是第五层中需要当心的一些问题：

• 服务器不可用
• 服务器未被正确地配置，例如 Apache 或 PHP 配置
• 会话故障——断连、超时，等等

TL;DR

会话层负责初始化、维持并终止两个用户应用程序之间的连接。它响应来自表示层的请求，并向传输层发起请求。

六、表示层（ 第六层）

第六层是 表示层，负责数据的格式，比如字符编码与转换，以及数据加密。

托管用户应用程序的操作系统通常包含第六层中的程序，这个功能并不总是被网络协议实现。

第六层确保第七层中的用户程序可以成功地消费数据，当然还有最终数据的展示。

有三种数据格式化方法需要注意：

• 美国信息交换标准代码（ASCII，American Standard Code for Information Interchange）：这个七位编码技术是字符编码中使用最广泛的标准。ASCII 的一个超集是 ISO-885901，它提供了西欧语言所必需的大多数字符。
• 扩充的二进制编码的十进制交换码（EBDCIC，Extended Binary-Coded Decimal Interchange Code）：由 IBM 设计，用于大型机。此编码与其他字符编码方法不兼容。
• 万国码（Unicode）：可以使用 32 位，16 位或 8 位字符的字符编码，它尝试容纳所有已知的字母。

从这里、这里还有这里了解有关字符编码的更多信息。

加密：SSL 或 TLS 加密协议位于第六层。这些加密协议为网络上的节点提供身份认证和数据加密功能，帮助确保传输的数据抵御恶意用户的攻击。TLS 是 SSL 继任者。

如何诊断 OSI 第六层中的问题

这里是第六层中需要当心的一些问题：

• 驱动程序不存在或损坏
• 操作系统用户访问级别不正确

TL;DR

表示层负责格式化与加密数据。

七、应用层（第七层）

第七层是 应用层。

顾名思义，这一层最终负责支持用户程序使用的服务。应用程序包括安装在操作系统中的软件程序，比如因特网浏览器（例如 Firefox）或文字处理程序（例如 Microsoft Word）。

应用程序可以在后台执行专门的网络功能，也可以要求第七层中专门的服务。

例如专门创建电子邮件程序，它在网络上运行并利用第七层中网络功能（比如电子邮件协议）。

应用程序也可以控制用户交互，比如安全检查（例如 MFA）、识别两名参与者的身份、初始化信息交换等。

这一层中运行的协议包括文件传输协议（FTP，File Transfer Protocol）、安全壳协议（SSH，Secure Shell）、简单邮件传输协议（SMTP，Simple Mail Transfer Protocol）、因特网消息访问协议（IMAP，Internet Message Access Protocol）、域名服务（DNS，Domain Name Service）和超文本传输协议（HTTP，Hypertext Transfer Protocol）。

虽然这些协议中的每一个都服务于不同的功能，运行的方式也各不相同，但从较高的层次看，它们都促进了信息的交流。

如何诊断 OSI 第七层中的协议

这里是第七层中需要当心的一些问题：

• 所有之前各层中的问题
• 软件应用程序配置不正确
• 用户操作失误（我们都遇到过……）

TL;DR

应用层拥有用户应用程序运行所需的服务和功能，不包括应用程序本身。

八、TCP/IP 五层模型

TCP/IP模型是互联网的标准协议模型，也称为互联网协议套件。它简化了OSI模型，将网络通信分为五个层次：

1. 物理层（Physical Layer）：

   • 功能：与OSI模型中的物理层相同，负责在物理媒介上传输比特流。

2. 数据链路层（Data Link Layer）：

   • 功能：与OSI模型中的数据链路层相同，提供介质访问控制和链路控制。

3. 网络层（Network Layer）：

   • 功能：与OSI模型中的网络层相同，负责数据包的路由选择和转发。

4. 传输层（Transport Layer）：

   • 功能：与OSI模型中的传输层相同，提供端到端的通信服务，包括流量控制、错误检测和恢复。

5. 应用层（Application Layer）：

   • 功能：结合了OSI模型的会话层、表示层和应用层，提供应用程序接口，支持应用软件和用户之间的交互。

TCP/IP 五层模型与OSI 七层模型主要区别：

1. 层次数量：

   • OSI模型有七层，TCP/IP模型有五层。

2. 层次合并：

   • 在TCP/IP模型中，应用层包含了OSI模型中的会话层、表示层和应用层的功能。

3. 实际应用：

   • TCP/IP模型是互联网标准，实际网络通信中广泛采用TCP/IP协议。
   • OSI模型更多用于理论教学和参考，是描述网络通信过程的工具。

4. 开发历史：

   • OSI模型是一个通用标准，开发目的是提供一个网络通信的框架。
   • TCP/IP模型是基于实际需求发展起来的，更注重实用性和可实现性。

总结

OSI七层模型和TCP/IP五层模型都描述了网络通信的分层结构，但在具体的层次划分和应用上有所不同。OSI模型更详细，分为七层，有助于理解和描述网络通信的每一步。而TCP/IP模型则更加简化和实用，适用于实际网络通信，是互联网的标准协议模型。在实际应用中，网络通信大多基于TCP/IP模型，但OSI模型在理论学习和参考中仍然具有重要意义。

九、计算机网络通信的一般概念

例如 ：当家庭或者公司选择ISP（互联网服务提供商）接入网络，ISP通常会分配一个或多个公有IP地址，用于在互联网上唯一标识你的网络。对于家庭用户或小型企业，这通常是一个动态公有IP地址（通过DHCP分配），即每次连接到ISP时可能获得不同的IP地址。对于大型企业，可能会分配固定的静态公有IP地址。还会分配私有IP地址范围：ISP不会直接分配私有IP地址，但会提供一个NAT功能，让你的路由器为内部网络设备分配私有IP地址（例如192.168.x.x，10.x.x.x等）。

1. 子网掩码

• 定义子网大小：子网掩码用于确定IP地址的网络部分和主机部分，帮助路由器识别网络边界。ISP会提供子网掩码，以便你的设备正确配置网络参数。

2. 默认网关

• 路由流量：ISP会提供默认网关（通常是ISP的路由器地址），这是你本地网络设备发送到其他网络的流量的出口。默认网关将帮助你的设备将数据包发送到互联网。

3. DNS服务器地址

• 域名解析：ISP会提供DNS服务器地址，用于将域名（例如www.google.com）解析为IP地址，使你的设备能够访问互联网资源。ISP的DNS服务器将处理你的DNS查询请求。

4. 带宽和流量限制

• 网络速度：ISP会根据你的订阅套餐分配给你一定的带宽（上行和下行速度），决定你网络连接的速度和稳定性。
• 流量限制：有些ISP可能会设定月度流量限制，如果超过限制，可能会降低网速或收取额外费用。

实例说明

假设你家中安装了宽带网络，以下是ISP可能分配给你的信息：

1. 公有IP地址：203.0.113.45（动态分配）
2. 子网掩码：255.255.255.0
3. 默认网关：203.0.113.1
4. DNS服务器地址：8.8.8.8（谷歌DNS）和8.8.4.4

你家的路由器会从ISP获取这些信息，并配置网络，使所有连接到路由器的设备能够上网。路由器通常会使用NAT将内部网络的私有IP地址（例如192.168.1.x）映射到分配的公有IP地址，确保内部设备能够通过一个公有IP地址访问互联网。

5.子网掩码的作用

子网掩码由一系列连续的1和0组成，其中1代表网络部分，0代表主机部分。通过将IP地址与子网掩码进行二进制“与”运算，可以确定网络地址。

6.确定网络部分和主机部分的过程

假设有一个IP地址和子网掩码：

• IP地址：192.168.1.10
• 子网掩码：255.255.255.0

首先，将IP地址和子网掩码转换为二进制形式：

• IP地址： 11000000.10101000.00000001.00001010
• 子网掩码：11111111.11111111.11111111.00000000

进行二进制“与”运算：

• 网络部分：11000000.10101000.00000001.00000000（即192.168.1.0）

主机部分是IP地址中未被子网掩码掩盖的部分：

• 主机部分：00000000.00000000.00000000.00001010（即10）

7.主机的定义

在网络术语中，“主机”是指任何连接到网络的设备，例如计算机、服务器、打印机、智能手机等。主机部分的位数决定了在该子网内可以容纳的主机数量。

8.计算可用主机数量

子网掩码决定了网络部分和主机部分的长度。例如，子网掩码255.255.255.0表示前24位是网络部分，剩下8位是主机部分。计算可用主机数量的方法如下：

1. 计算主机部分的位数：32位 - 网络部分位数 = 8位。
2. 可用主机数 = 2^8 - 2 = 254（减去2是因为网络地址和广播地址不能分配给主机）。

示例

假设一个IP地址和子网掩码：

• IP地址：192.168.1.10
• 子网掩码：255.255.255.240

子网掩码的二进制形式为：

• 子网掩码：11111111.11111111.11111111.11110000

计算主机部分的位数：

• 主机部分：4位

计算可用主机数：

• 可用主机数 = 2^4 - 2 = 14

这个子网可以有14个主机。

总结

• 子网掩码：确定IP地址的网络部分和主机部分。
• 主机：网络中每个独立的设备。
• 网络部分：决定数据包的发送路径。
• 主机部分：决定在该子网内可以容纳的主机数量。

理解子网掩码和IP地址的关系有助于网络设计和管理，确保网络资源的有效分配和使用。

十、网关

网关（Gateway）是一个网络节点，它充当其他网络之间的“出入口”，允许数据在不同的网络之间进行传输。当你连接到ISP（互联网服务提供商）时，网关是你所在的本地网络和外部互联网之间的接口。

网关的功能

1. 连接不同网络：网关可以将不同类型的网络连接在一起，例如将本地局域网（LAN）连接到广域网（WAN）。
2. 路由数据包：网关负责将数据包从一个网络发送到另一个网络。它通过查看数据包的目标IP地址，确定最佳路径并将数据包发送出去。
3. 网络地址转换（NAT）：网关可以执行网络地址转换，将私有IP地址转换为公共IP地址，从而允许本地网络中的设备访问互联网。
4. 防火墙功能：很多网关设备还具备防火墙功能，可以控制进出网络的数据流，增强网络安全。

网关在家庭或小型办公网络中的角色

当你使用ISP提供的互联网服务时，通常ISP会提供一个路由器，该路由器同时也充当网关。这个设备连接到ISP的网络，并通过NAT功能将公共IP地址转换为家庭网络或办公网络中的私有IP地址。

配置网关

1. 连接到ISP：网关通过WAN接口连接到ISP提供的互联网服务。
2. 分配IP地址：ISP会分配一个公共IP地址给网关的WAN接口，这个IP地址用于与外部互联网通信。
3. 配置LAN：网关的LAN接口连接到家庭或办公网络中的设备，并分配私有IP地址（例如192.168.x.x）。
4. 设置默认网关：本地网络中的每个设备需要配置一个默认网关IP地址，这通常是网关设备在本地网络中的IP地址。例如，如果网关在本地网络中的IP地址是192.168.1.1，那么本地设备的默认网关应设置为192.168.1.1。

示例

假设你有一个家庭网络，连接到ISP的路由器/网关设备，其配置可能如下：

• WAN接口：连接到ISP的网络，分配的公共IP地址是203.0.113.5。
• LAN接口：连接到家庭网络，分配的私有IP地址是192.168.1.1。
• 默认网关：本地设备（如计算机、智能手机等）配置的默认网关是192.168.1.1。

当本地设备发送数据到互联网时，数据包会先发送到默认网关（192.168.1.1），然后由网关通过NAT将数据包发送到ISP网络，并进一步传输到目标互联网地址。

总结

• 网关是连接不同网络的设备，充当数据包的出入口。
• 在家庭或办公网络中，网关通常是路由器，连接到ISP的网络。
• 网关功能包括路由数据包、NAT、防火墙等。
• 配置网关包括连接ISP、分配IP地址、配置LAN和设置默认网关。

当你使用ISP提供的互联网服务时，网关是确保你本地网络设备能够访问互联网的关键组件。

十一、路由器和交换机

交换机

交换机（Switch）通常工作在OSI模型的第二层（数据链路层）。交换机的主要功能是根据MAC地址在本地网络内转发数据帧。它通过建立MAC地址表来记住每个端口连接的设备，从而高效地将数据帧发送到正确的目的地端口。

路由器

路由器（Router）通常工作在OSI模型的第三层（网络层）。路由器的主要功能是根据IP地址在不同网络之间转发数据包。它通过查看数据包的目标IP地址，决定最佳路径并将数据包发送到下一个网络。

具体功能和区别

交换机

• 工作层级：数据链路层（第二层）
• 主要功能：在本地网络内转发数据帧
• 依据：MAC地址
• 应用场景：连接同一个网络内的多台设备，例如办公室或家庭网络

路由器

• 工作层级：网络层（第三层）
• 主要功能：在不同网络之间路由数据包
• 依据：IP地址
• 应用场景：连接不同的网络，例如家庭网络与互联网

在一个典型的家庭或办公网络中，交换机和路由器的角色和位置如下：

1. ISP（互联网服务提供商）：提供互联网接入。
2. 路由器：连接到ISP的网络，管理公共IP地址，并将数据包在互联网和本地网络之间路由。
3. 交换机：连接到路由器，为本地网络中的设备提供连接点，转发本地数据帧。

具体示例

假设你有一个家庭网络：

• 路由器连接到ISP的光纤或DSL调制解调器，获取公共IP地址，并提供NAT功能，使本地网络中的设备能够通过共享的公共IP地址访问互联网。
• 交换机连接到路由器，扩展本地网络中的端口数量，使更多设备能够连接到同一个本地网络。

工作过程：

1. 数据包在本地网络内：

   • 设备A发送一个数据帧到设备B。
   • 交换机根据设备B的MAC地址，将数据帧转发到连接设备B的端口。

2. 数据包在本地网络和互联网之间：

   • 设备A请求访问一个互联网资源。
   • 路由器接收到数据包，根据目标IP地址，将数据包路由到ISP网络，再到互联网。
   • 返回数据包通过路由器，再次转发到设备A。

这样，通过交换机和路由器的协作，可以高效地管理和传输数据，在本地网络内和不同网络之间进行通信。

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