大学计算机实验：计算机网络-计算机网络分类与网络设备的认识

# 1. 引言

## 1.1 课题背景
在当今信息化时代，计算机网络已经成为人们生活和工作中不可或缺的一部分。计算机网络的发展离不开各种网络设备的支持和应用。了解各种网络设备的功能和作用，对于我们理解和应用计算机网络具有重要意义。

## 1.2 研究目的
本文旨在介绍计算机网络中常见的各种设备，并深入探讨其工作原理和使用场景，从而帮助读者更好地理解和使用这些设备。

## 1.3 研究意义
通过了解计算机网络设备的基本概念和功能，读者可以更好地进行网络规划和设计，提高网络性能和安全性。同时，了解网络设备的工作原理也有助于问题排查和故障修复，在网络维护和管理中起到重要作用。

引言部分简要介绍了本文的背景、研究目的和研究意义，为后续章节的内容提供了必要的铺垫。

# 2. 计算机网络的基本概念

### 2.1 计算机网络的定义

计算机网络是指将多台计算机通过通信线路连接起来，相互之间可以进行信息交流和资源共享的系统。它是现代信息化社会中必不可少的基础设施之一。

### 2.2 计算机网络的分类

根据网络覆盖范围和使用的通信技术，计算机网络主要分为以下几类：

- 局域网（Local Area Network，LAN）：覆盖范围较小，通常在一个建筑物或校园内部，使用以太网或无线局域网等通信技术。
- 广域网（Wide Area Network，WAN）：覆盖范围较大，可以连接不同地区甚至不同国家的计算机，使用传输介质包括电信线路、光纤等。
- 城域网（Metropolitan Area Network，MAN）：介于局域网和广域网之间，覆盖范围一般在城市范围内，使用光纤、无线等传输介质。
- 互联网（Internet）：由全球范围内的计算机网络相互连接而成，通过TCP/IP协议族进行通信。

### 2.3 计算机网络的组成要素

计算机网络由多个硬件设备和软件组成，主要包括以下几个要素：

- 终端设备：包括计算机、手机、平板等用户用来进行网络通信及资源访问的设备。
- 通信介质：用于传输数据的物理媒介，如电信线路、光纤等，也可以是无线信号。
- 网络设备：用于连接网络终端设备并进行数据传输的硬件设备，如交换机、路由器等。
- 协议：计算机网络通信规则的集合，用于约定数据的格式、传输方式等，常见的协议有TCP/IP、HTTP、FTP等。

总结起来，计算机网络的定义、分类和组成要素对于我们了解和使用网络至关重要。只有全面掌握了网络的基本概念，我们才能更好地实现信息交流与资源共享，推动信息化进程的发展。

# 3. 局域网设备的认识

### 3.1 交换机

交换机是局域网中最常见的设备之一，它是用于连接和转发数据包的网络设备。交换机根据其端口和MAC地址表来实现数据包的转发和传输。

交换机的工作原理是根据数据包的目的MAC地址来决定将数据包转发到哪个端口。当一台计算机发出一个数据包时，交换机会将该数据包的源MAC地址和与其关联的端口号存储在MAC地址表中。当交换机收到一个目标MAC地址与其中一条记录匹配的数据包时，它会将数据包转发到与目标MAC地址关联的端口，以实现高效的数据传输。

以下是一个简单的示例代码，展示了如何使用Python编写一个简易的交换机类：

class Switch:
    def __init__(self):
        self.mac_table = {}

    def add_mac_entry(self, mac_address, port):
        self.mac_table[mac_address] = port

    def remove_mac_entry(self, mac_address):
        del self.mac_table[mac_address]

    def lookup_port(self, mac_address):
        if mac_address in self.mac_table:
            return self.mac_table[mac_address]
        else:
            return None

# 示例用法
switch = Switch()

switch.add_mac_entry("00:11:22:33:44:55", 1)
switch.add_mac_entry("AA:BB:CC:DD:EE:FF", 2)

source_mac = "00:11:22:33:44:55"
destination_mac = "AA:BB:CC:DD:EE:FF"

source_port = switch.lookup_port(source_mac)
destination_port = switch.lookup_port(destination_mac)

print(f"数据包从端口 {source_port} 转发到端口 {destination_port}。")

运行结果：

数据包从端口 1 转发到端口 2。

### 3.2 路由器

路由器是用于连接多个网络并转发数据包的网络设备。路由器的主要功能是根据目标IP地址来进行数据包的选择性转发。

在局域网中，路由器与交换机一起使用，将数据包从源主机转发到目标主机。路由器会根据其路由表来决定如何转发数据包。路由表中存储了目标网络的IP地址与相应的下一跳路由器之间的映射关系。

下面是一个简单的示例代码，展示了如何使用Java编写一个路由器类：

import java.util.HashMap;
import java.util.Map;

public class Router {
    private Map<String, String> routingTable;

    public Router() {
        this.routingTable = new HashMap<>();
    }

    public void addRoute(String destinationNetwork, String nextHop) {
        routingTable.put(destinationNetwork, nextHop);
    }

    public void removeRoute(String destinationNetwork) {
        routingTable.remove(destinationNetwork);
    }

    public String getNextHop(St