【计算机网络】计算机网络中光猫、交换机、路由器、网关、MAC地址是什么？两台电脑是如何联通的？

平时工作中经常听到交换机、路由器、网关、MAC地址这几个词，今天我就归纳总结一下，他们分别是什么？有什么作用？
网络中的两台电脑是如何联通的？

网络的官方解释是指计算机或类似计算机的网络设备的集合，它们之间通过各种传输介质进行连接。
无论设备之间如何连接，网络都是将来自于其中一台网络设备上的数据，通过传输介质传输到另外一台网络设备上。

一、光猫

定义：光猫（Optical Modem）全称为光调制解调器，是一种将光信号和电信号进行相互转换的网络设备。

工作原理：在光纤网络中，数据是以光信号的形式传输的，而电脑、路由器等设备只能处理电信号。光猫的作用就是接收光纤传来的光信号，将其转换为电信号，以便这些设备使用；同时，它也能把设备发出的电信号转换为光信号，通过光纤传输到远方。

应用场景：主要用于家庭、企业等接入光纤宽带的场景，是连接用户设备和运营商光纤网络的 “桥梁”。

备注：一般用于小型家庭网络，对于需要高带宽、高可靠性的中大型企业（如百人以上规模、有分支机构互联需求），外部光纤接入通常不依赖普通光猫，而是采用更专业的设备，如光端机、光纤收发器等。

实物图片：

接线图：

二、交换机

定义：交换机（Switch）是一种用于在局域网（LAN）中连接多个网络设备（如电脑、打印机、路由器等）的网络设备，它可以实现设备之间的数据交换。

工作原理：交换机拥有多个端口，每个端口可以连接一个网络设备。当一个设备要向另一个设备发送数据时，会先将数据发送到交换机，交换机通过识别数据中的目标设备的 MAC 地址，将数据准确地转发到目标设备所连接的端口，而不会像集线器那样向所有端口广播数据，从而提高了网络的效率和安全性。

应用场景：常用于企业局域网、家庭局域网中，实现多台设备的互联。

实物图片：

三、路由器

定义：路由器（Router）是一种用于连接不同网络（如广域网WAN和局域网LAN、不同的局域网）的网络设备，它可以实现数据在不同网络之间的转发。

工作原理：路由器能够根据网络中的路由表，确定数据从源网络到目标网络的最佳传输路径。当数据从一个网络发送到另一个网络时，路由器会接收数据，分析数据中的目标 IP 地址，然后根据路由表将数据转发到下一个路由器或目标网络。此外，路由器还具有网络地址转换网络地址转换（NAT）的功能，能让局域网内的多台设备共享一个公网 IP 地址访问互联网（将多个内部设备的私有 IP 地址映射为一个公共 IP 地址），避免公网 IP 地址的浪费。

主要功能：路由选择、数据转发、网络地址(NAT)、动态主机配置协议(DHCP)、防火墙（部分路由器具备）等。
应用场景：家庭中连接光猫和多台设备，实现多设备共享上网；企业网络中连接不同的子网等。

实物图片：

四、光猫、交换机、路由器的核心区别

特性	光猫（ONT）	交换机（Router）	路由器（Switch）
工作层级	物理层与数据链路层（第一层和第二层）	数据链路层（第二层）	网络层（第三层）
主要功能	光信号与电信号转换、接入互联网	局域网内设备连接、数据转发	网络间路由、NAT、DHCP、防火墙
数据传输方式	转换光纤信号为电信号	转发数据帧（基于MAC地址）	路由数据包（基于IP地址）
连接对象	光纤网络与家庭设备连接	局域网内多个设备连接	局域网和广域网连接（例如，互联网）
应用场景	光纤宽带接入、家庭/办公网关	局域网设备互联、企业内部交换	企业网络、家庭路由、外部连接管理

五、网关

定义：网关（Gateway）是一个网络连接到另一个网络的 “关口”，它是一种能够在不同网络协议之间进行转换的设备或软件。通常工作在应用层（第七层），通常位于网络的边缘，能够连接不同协议的网络，处理协议转换、数据格式转换等。

工作原理：不同的网络可能采用不同的网络协议，而这些协议之间是无法直接通信的。网关的作用就是对这些不同的协议进行转换，使得不同网络中的设备能够相互通信。例如，当局域网内的设备要访问互联网时，通常需要通过网关（可能是路由器）来实现局域网协议和互联网协议之间的转换。

与路由器的关系：在很多情况下，路由器可以充当网关的角色，因为路由器能够连接不同的网络并进行协议转换。但网关并不一定是路由器，它也可以是其他专门的设备或软件。

备注：

• 电脑配置中的IP网关就是你路由器的局域网 IP（通常使用该网段的第一个可用的地址或最后一个可用的地址）。此时路由器同时扮演了 “网关” 的角色，它连接着 “局域网” 和 “互联网” 两个网络。一般来说，路由器的LAN接口的IP地址就是你所在局域网中的网关。当你所在的局域网的计算机需要和其他局域网中的计算机，或者需要访问互联网的时候，你所在局域网的计算机会先把数据包传输到网关（路由器的LAN接口），然后再由网关进行转发。
• 物联网网关主要连接是 “物联网设备网络” 与 “IP 网络”（如局域网、互联网）之间的网络与处理多种物联网协议与 IP 协议的转换，这类网关常常是一个专用硬件设备或集成网关功能的边缘计算设备。

在电脑中配置网关时，需要注意：

• 网关必须与电脑在同一局域网：
  例如，若电脑的 IP 是192.168.1.10，网关必须是192.168.1.x，否则电脑无法与网关通信。（目前家用路由器一般使用192.168.1.1和192.168.0.1作为LAN接口的地址，这两个地址也是最常见的网关地址）手动配置ip地址的时候，默认网关的地址就是路由器的LAN接口的地址，也就是你路由器的管理页面登录地址。
• 网关通常由路由器自动分配：
  日常使用中，电脑一般通过路由器的 DHCP 功能自动获取 IP 地址、网关和 DNS，无需手动设置。只有在特殊场景（如固定 IP 环境）下，才需要手动填写网关地址（通常与路由器的管理 IP 一致）。

六、MAC地址

定义：MAC地址（Media Access Control Address）是媒体访问控制地址，也称为物理地址，它是网络设备在出厂时由厂商烧录在网络接口卡（NIC，如网卡）中的一个唯一的标识符。

特点：

• 唯一性：每个网络设备的 MAC 地址在全球范围内是唯一的，就像设备的 “身份证” 一样。
• 格式：通常表示为 6 组十六进制数，每组两个数字，组之间用冒号或连字符分隔，例如 “00:1A:2B:3C:4D:5E”。

作用：在局域网中，设备之间的数据传输是通过 MAC 地址来识别目标设备的，交换机就是根据 MAC 地址来转发数据的。

四、总结

1. 交换机可以记录该终端主机的MAC地址，并生成一个MAC表。
   
2. 路由器是一种基于IP寻址的网络层设备，利用路由表来实现数据转发。路由器主要用于连接不同的局域网以实现广播域隔离，也可以用于远程通信，如广域网连接。