📡 图解网络硬件
照着《图解网络硬件》([日] 三轮贤一 著,盛荣 译,人民邮电出版社 · 图灵程序设计丛书,2014 年 7 月第 1 版,364 页、234 张图 196 个表)做的自学笔记 —— 这一本讲的是那些逻辑跑在什么盒子里:交换机、路由器、防火墙、无线 AP 的实物形态、规格书参数、采购与运维。计算机网络讲协议怎么一层层包起来,网络是怎样连接的讲一个请求从浏览器到服务器走了哪些路,服务器工作原理讲对面那台机器的软件怎么接住它 —— 三本讲逻辑与流程,这一本讲硬件。全书 7 章 195 篇(已全部写完):第 1 章 28 篇通用基础(五要素、OSI 复习、以太网帧七段、10/100/1000BASE-T、双绞线与光纤);第 2 章 37 篇 L2 交换机(中继器→网桥→集线器、MAC 地址学习、全双工与半双工、背板带宽与包转发率);第 3 章 44 篇路由器(路由选择与转发、最长匹配、NAT/DHCP/DNS、硬件结构);第 4 章 9 篇 L3 交换机(与路由器的差别、多层交换、VLAN 与数据流向);第 5 章 26 篇防火墙(软件型/硬件型、技术类型、网络接口模式、会话管理、威胁对策);第 6 章 27 篇无线 LAN(CSMA/CA、802.11 家族、MIMO、信道与速率换算);第 7 章 24 篇选购与运维(RFI/RFP/RFQ、性能怎么量、PoE 与 U 数、备件与保修)。本课是 硬件课:沙箱里没有一台真设备,所以能算的都真算(端口线速、最小帧下的包转发率上限、PoE 功率预算、双绞线与光纤的距离预算、无线速率折算、机柜 U 数与散热),只能看实物、只能动手的用【📋 实操清单】单列,写清看什么、量什么、判据是什么。技术事实按 2026 年当下核实过,与 2014 年成书时的差异各篇用【⚠️ 2026 现状】单列。大白话、不跳步骤、必带生活比喻、常见误区、可折叠自测题。
姊妹课:计算机网络(协议原理)、网络是怎样连接的(一次通信的旅程)、服务器工作原理(服务端)。
内容来自我的 Obsidian 自学笔记 · 全书 7 章 195 篇已全部写完 · 全书完结 🎉
第一章 网络硬件通用基础知识
网络有哪些构成要素
五要素与两种视角;一条网线也要五样齐
OSI参考模型复习
七层/四层/五层;58 字节开销与 MT…
LAN的标准
802 编号表;标准名三段读法;标准保互…
以太网
共享介质与 CSMA/CD;MAC 三种…
以太网上的数据
帧七段;46 与 1500 的来历;VL…
10BASE-T
曼彻斯特 20 Mbaud;Cat3 衰…
100BASE-TX
4B/5B 八成效率;MLT-3 压频…
1000BASE-T/1000BASE-TX
125 Mbaud×2×4;PAM-5…
1000BASE-SX/LX
SX 与 LX 分工;链路预算三扣;OM…
通用服务器与专用设备
通用服务器软转发与专用设备芯片转发;两个…
分门别类的网络设备
按 OSI 层次分四类设备;层次越高看得…
CPU
CPU 管思考与管理不管转发;CPU 满…
存储设备
固件、配置、日志三样;日志写满会丢证据或…
存储器
RAM/Flash/NVRAM/ROM…
HDD/SSD
普通交换机不用盘;网络设备要的是随机小写…
硬件芯片
交换芯片与转发引擎;ACL 条数上限是…
接口
电口看距离、光口看模块、管理口看故障时能…
信号转换器
媒体转换器多两个故障点;会吃掉协商与协议…
LED指示灯
面板灯是现场诊断第一层;灯亮只证明有电信…
操作系统(内核)
配置管理+协议栈+转发控制;配置不保存等…
电源
电源是可靠性第一短板;双电源备模块坏不备…
PSE(电气用品安全法)
PSE 认证范围;端口供电与整机供电是两…
UPS
VA 与 W 差一个功率因数;后备时间与…
风扇
发热量等于功耗;1U 靠高风量换小温差是…
双绞线缆
按等级卖带宽、按线规卖压降;Cat 与…
STP与UTP
屏蔽有条件才用;屏蔽层不接地反而变天线
光纤
多模单模与三个波长窗口;故障八成是端面脏
机架
19 英寸与 1U=44.45 毫米;深…
第二章 彻底理解L2交换机
什么是中继器
只放大不判断;冲突窗口 51.2 微秒与…
什么是网桥
学表转发泛洪三件事;切冲突域不切广播域
共享式集线器
多端口中继器;24 站吞吐只剩 3.76…
交换式集线器
每口独立冲突域;总容量差 24 倍要看背…
学习MAC地址
只学源地址;泛洪集中在表没长起来时
使用交换机的优点
四样收益两件做不到;碰撞计数非 0 是半…
以太网的历史
三次转折;铜缆版本总比光纤晚几年
世界上最早的交换机
1990 Kalpana;直通与存储转发…
以太网数据帧的种类
1536 分界;0x8100 会让帧里出…
交换机数据帧的传输方式
直通延迟与帧长无关;存储转发成正比
自适应交换
错误率超阈值切换;副作用是延迟跳变
全双工和半双工
强制会关掉协商;不匹配表现为大包丢 FC…
如何描述交换机的处理能力
1.488 Mpps 的来历;交换容量要…
按照交换机的功能分类
L2 到 L7 各看一段头;管理型是另一…
按照设备外形分类
盒式机箱导轨;机箱式卖的是故障域小
根据用途分类
接入汇聚核心;收敛比 1.2 到 2.4…
快速以太网(10/100)端口
自适应谈速率双工线序;Cat3 跑百兆会…
千兆以太网端口(10/100/1000)端口
协商优先顺序;千兆根本没有半双工
光纤专用端口(SFP/SFP+)
速率波长距离连接器四样对齐;QSFP 是…
PoE端口
四个标准与 2.45 W 线损;整机预算…
上行链路端口数
上行决定整机天花板;两个上行口不是冗余
下行链路端口数
信息点除 48 再乘 1.2;台数由楼层…
交换机堆叠
省管理成本不省故障损失;堆叠带宽按段算
MAC地址数
按虚拟化密度估;表满会静默泛洪
巨型帧
效率只涨 2 个点;收益是帧数少 6 倍
生成树功能
无 TTL 所以环路致命;50 秒=20…
链路聚合
哈希按流分流;单条 TCP 流仍是 1…
VLAN
12 位 4094 个可用;广播域太大终…
端口镜像
镜像口要装下总流量;装不下会静默丢包
QoS优先级队列
8 个优先级;语音只占 0.1% 但怕抖…
MAC地址过滤
MAC 明文可伪造;端口安全改用限制个数
基于端口的认证
三角色四步;未授权只放行 EAP
网络管理
32 位计数器千兆 34.4 秒回绕;改…
网络控制器(LAN控制器)
数据面与控制面差四个数量级;CoPP 保…
PHY模块
125 Mbaud 跑百兆与千兆;协商与…
MAC模块
成帧算 CRC 计数;PAUSE 是整链…
AUI与MII
并行涨到 74 针转串行;MDIO 读光…
第三章 路由器和它庞大的功能
路由器的必要性
广播域撑不住;划网段与上路由器是同一件事…
什么是路由选择
选路与转发差四个数量级;路由表与转发表是…
转发
逐跳改 MAC 不改 IP 加 TTL…
路由器的功能
路由、NAT、防火墙、VPN 挤一个盒子…
世界上最早的商用路由器
1986 年 AGS;多协议路由是当年最…
路由器性能的进化
软件转发到 ASIC;pps 比带宽更早…
路由器设备
机箱式与盒式两类;插槽数与背板带宽决定实…
根据性能分类
按 pps 与带宽分档;标称吞吐必须问包…
面向电信运营商的路由器产品分类
核心/汇聚/边缘/BRAS 四类;BRA…
面向企业的路由器产品分类
出口/分支/汇聚;企业选型的关键是可管理…
路由器产品目录说明
规格书怎么读;分清裸转发吞吐与开功能后吞…
IP地址管理
前缀每加一位主机减半;RFC 3021…
IP路由选择
每跳改两处 MAC 加 TTL;掩码写错…
路由表
六列各管什么;管理距离比来源、度量值比路…
最长匹配与默认网关
前缀最长者胜、度量不参与;默认路由只是最…
静态路由选择
浮动静态靠管理距离;只认接口状态不认路径…
动态路由选择
距离矢量与链路状态;RIP 十五跳是防环…
IP隧道与VPN
PPPoE 吃 8 字节所以 MTU 1…
IP多播
省的是源端重复发送;IGMP/PIM/S…
路由器功能的分类
基本/扩展/管理三类;排查按「不通—不对…
支持TCP/IP以外的协议簇
IPX/AppleTalk 消失;双栈是…
LAN交换
路由口与交换口行为不同;单臂路由瓶颈在物…
支持LAN以外的物理层和数据链路层协议
ATM 固定 53 字节信元吃掉两成带宽…
拨号接入
PPPoE 8 字节;IPoE 越来越常…
冗余
VRRP 漂 VIP 与虚拟 MAC;上…
认证
RADIUS 管接入、TACACS+ 管…
QoS
监管丢、整形缓存;QoS 只在拥塞点有意…
虚拟路由器
VRF 隔离三层;地址重叠时不可替代,默…
用户界面
Console 是唯一带外入口;9600…
日志
八个级别;从错误级到 debug 日志量…
确认CPU使用率
三个均值怎么读;都高时先降负载再排查
告警
Trap 快可能丢、轮询可靠但慢;去重与…
设置时间
50 ppm 一个月漂 130 秒;NT…
故障排查
TTL 反推跳数;中间跳星号与高延迟是两…
文件传输控制
TFTP 无认证无加密;备份慢在生成不在…
其他工具包
统计→抓包→debug 的顺序;抓包必须…
路由器的构成要素
五样零件;内存要同时装五样,合计约 1.…
启动路由器的流程
六步 48 秒到 10 分钟;第 3 步…
路由器的一般架构
控制/转发/服务三面;开功能掉 18 倍…
路由器的内部冗余
串联相乘、并联取一减都坏;双电源共插排是…
初始化
Console 三件事;「按回车没反应」…
通过CLI设置
分层模式挡手滑;报错比沉默安全
保存设置的方法
运行配置在内存;保存防断电、备份防灾难
恢复出厂设置的重置方法
证书与密钥会丢;五步顺序不能反,恢复后立…
第四章 理解L3交换机的性能与功能
L3交换机与路由器的不同
出身差别;每端口成本差一个数量级;BGP…
多层交换
一次路由多次交换;10 MB 查七千次变…
L3交换机是如何诞生的
1998 年 18 台路由器对 1 台…
根据形状和用途分类
盒式/机箱式/堆叠;本质差别是管理面数量…
根据性能分类
端口容量/包转发率/时延;交换容量单向还…
L3交换机功能的分类
二层/三层/高级三组;ACL 与路由表抢…
VLAN
标签 4 字节 1518 变 1522…
VLAN环境中的数据流向
同 VLAN 走二层、跨 VLAN 上三…
VLAN之间的路由选择
单臂路由/SVI/每 VLAN 一口;单…
第五章 防火墙功能与防范威胁的对策
防火墙是怎样的网络硬件
看包头、查策略、决定放行还是丢;必须串在…
防火墙是如何诞生的
Morris 蠕虫;包过滤不记事只看头…
软件型防火墙
netfilter 五个钩子;转发过三个…
硬件型防火墙
分控制面与转发面;ASIC/FPGA/N…
防火墙技术类型
四代按「记多少、看多深」分;代理是状态检…
什么是防火墙的网络接口模式
路由/透明/混合;透明零改动但做不了 N…
防火墙能够预防的威胁
防得住扫描、未授权、畸形包;防不住内容…
会话管理
五元组加双向序号;三类状态三个超时;表满…
分组结构解析
IP 头 20~60 字节看 IHL;T…
安全区域
分区把 N² 方向变常数;DMZ 到 T…
安全策略
先匹配先生效;允许 any 写在第一条后…
NAT
静态/动态/NAPT;靠端口复用;破坏端…
VPN
隧道模式外套新头;ESP 是协议号 50…
DoS防御
打带宽/表/CPU/应用资源;SYN C…
防范基于分组的攻击
合法字段非法组合;放大倍数等于回应主机数…
基于内容的扫描
先重组再匹配;AC 自动机让代价与特征数…
监视、报告功能
流记录 48 字节;1 Gbps 一天…
分组捕获
pcap 24 字节头加每包 16 字节…
虚拟路由器
分路由表/接口/协议进程/地址空间;省机…
虚拟防火墙
还分安全域;内存不能超分;切过拐点不如买…
同时在线会话数
内存除以 150 再乘 0.75;超时是…
NAT表数目
一个公网 IP 约 6.4 万条;真瓶颈…
每秒新建的会话数目
新建受 CPU 限;新建比转发贵一到两个…
ISCA
标准/制度/认证三层;评的是「说到做到」…
FIPS
四级的差别在物理不在数学;算法不贵,守住…
ISO/IEC 15408(公共标准)
TOE/ST/PP/SFR/SAR;EA…
第六章 高速普及的无线LAN及其基础知识
无线LAN是如何诞生的?
无线是共享介质所以要 CSMA/CA;频…
CSMA/CA
先听后说+随机退避;ACK 补上「听不到…
无线LAN的架构
BSS 靠 BSSID 区分;ESS 是…
无线LAN的拓扑结构
基础架构/Ad-hoc/Mesh;Mes…
IEEE 802.11
扩频应对「听不清」;DSSS 与 FHS…
IEEE 802.11a
5 GHz 换来了 23 个信道;OFD…
IEEE 802.11b
CCK 在 2.4 GHz 上提速率;1…
IEEE 802.11g
11g 用 OFDM 达到 54M;保护…
IEEE 802.11n
MIMO 用多径;40 MHz 挤占了邻…
IEEE 802.11ac
5 GHz 专属;80/160 MHz…
IEEE 802.11ad
60 GHz 带宽 27 倍;衰减不是主…
Wi-Fi
Wi-Fi 4/5/6 是营销名不是标准…
关联
胖 AP 各自为政;瘦 AP 把配置集中…
接入点的接入控制
MAC 白名单挡的是设备不是人;接入控制…
接入点的认证
从 WEP 预共享到 802.1X;RA…
无线LAN通信的加密
WEP 的 IV 只有 24 位会撞;T…
自治型接入点
管理帧明文可伪造;WPA3 的 SAE…
集中管理型接入点
集中管理型把配置放控制器;本地转发与隧道…
无线LAN的桥接
桥接点对点;同频桥接吞吐减半;桥接与 M…
中继器连接
中继用同一信道所以减半;不能超过两跳;优…
无线LAN的最大通信速率
电波三特征:直行、反射、衰减;多径造成衰…
覆盖范围
自由空间损耗随频率平方增长;四层损耗叠加…
干涉
同频与邻频都算干扰;1/6/11 是唯一…
无线LAN信道
功率每加 3 dB 距离约涨 1.4 倍…
接入点的最大通信范围
覆盖边界按可用速率定不按能关联定;上行下…
产品规格书的阅读方法
规格书先看频段与流数;理论值要打折;同样…
无线LAN硬件的制造厂商
同芯片不同价;差异在固件、控制器与支持…
第七章 网络硬件设备的选购要点
选择产品的类别
六类设备六套指标;分类错了后面全错;50…
基于功能需求汇总备选设备型号
需求要可判定;必选/可选/不需要三档;必…
RFI与RFP
RFI 问有什么、RFP 问怎么做、RF…
RFQ
比到岸总价不比单价;折扣运费税账期四项都…
收集同网络延迟相关的信息
时延/抖动/丢包是三个量;通用计算机测微…
网络设备产品性能的测量方法
RFC 2544 四指标缺一不可;64…
交换机性能的考量方法
线上开销固定 20 字节;1G 下 64…
路由器性能的考量方法
IMIX 混合流量 pps 只有最小包的…
防火墙性能的考量方法
并发管装多少人、新建管扛多少点击;并发用…
无线LAN性能的考量方法
带机量三个数:关联/并发/推荐;人均带宽…
交换机的选择
三步:口数→收敛比→交换容量与 pps…
路由器的选择
出口四个数:NAT 会话/IPsec 吞…
防火墙产品的选择
功能一开吞吐就崩,全开只剩一成二;按需求…
确认网络设备的互操作性
标准是最小共识留三处缝;三层验+五项现场…
高可用性的考量方法
可用度=MTBF÷(MTBF+MTTR)…
端口单价
摊成每口单价,分母用下联口;48 口比…
比特单价
每 Gbps 多少钱;电口不含光器件所以…
学习成本
学习成本在换品牌时一次性爆发;好学不等于…
支持的费用
五年 TCO 约 1.94 倍;支持费是…
绿色采购
口径是瓦每 Gbps;电费差价抵不掉换机…
符合RoHS要求
六种物质;限值按均质材料不按整机;要三份…
加密出口管理相关
算法公开安全押在位数;64 位 18 秒…
网络硬件的维护
备件数用泊松分布算;周转周期才是杠杆;巡…
厂商保修
保修承诺修、支持承诺多久恢复;年费约 8…