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集線器、交換機、路由器的區別
發布日期:2019-5-21   點擊次數:

一、區分集線器、交換機、路由器(比喻法)

某一天,你到你女友小芳(暫定這個名字吧)就讀的學校去找她,那么你的做法是什么呢:

     1、集線器的工作方式:

你站到學校中庭,大喊一聲“小芳,我來你找你了!” (廣播)

如果這個時候正好有別人也在大喊大叫,你就必須等他喊完了再喊。 (排隊)

如果你喊的時候不巧碰上另一個人跟你同時喊,那么你和他喊的內容都不能被聽見。 (沖突)

你喊的時候,是聽不見別人說什么的,只有喊完了才開始豎起耳朵聽。 (半雙工工作方式、監聽)

果然,對面樓里傳來了你女友的聲音“你去死吧!” (響應)

     2、交換機的工作方式:

你女友事先通知了你她的手機號碼(Mac地址)。

你撥通了她的手機。 (建立連接)

對她說“我來找你了,因為我想你想得要死,我的甜心,我的寶貝……”。 (獨享信道)

你的女友聽得不耐煩,沒等你說完就回了一句“肉麻死了”! (全雙工方式)

     3、路由器的工作方式:

你事先把你所有女友所在的XX系XX級XX班XX號座位的信息記錄在你的粉紅色筆記本上(建立路由表)

你找到了小芳的地址(IP地址),并且確定了如何才能找到她的途徑 (路由選擇) 。

你到學校門房問到了XX系所在的樓,又到XX系問到了XX班的教室,又到XX教室問到了XX號座位的位置……經過N次詢問(N跳),你終于來到了小芳的面前。

通過上述的比喻法,相信大家對集線器、交換機、路由器的區別,都有了一個較清晰的概念。下面再以正規的概念說法分析集線器、交換機、路由器三者的區別,讓大家可以有一個更深入的了解。


二、什么是集線器 

集線器

英文名又稱Hub,在OSI模型中屬于數據鏈路層。價格便宜是它最大的優勢,但由于集線器屬于共享型設備,導致了在繁重的網絡中,效率變得十分低下,所以我們在中、大型的網絡中看不到集線器的身影。如今的集線器普遍采用全雙工模式,市場上常見的集線器傳輸速率普遍都為100Mbps。接下來我們了解一下集線器的幾個概念:

共享型

集線器最大的特點就是采用共享型模式,就是指在有一個端口在向另一個端口發送數據時,其他端口就處于“等待”狀態。為什么會“等待”呢?舉個例子來說,其實在單位時間內A向B發送數據包時,A是發送給B、C、D三個端口的(該現象即緊接下文介紹的IP廣播),但是只有B接收,其他的端口在第一單位時間判斷不是自己需要的數據后將不會再去接收A發送來的數據。直到A再次發送IP廣播,在A再次發送IP廣播之前的單位時間內,C、D是閑置的,或者C、D之間可以傳輸數據。我們可以理解為集線器內部只有一條通道(即公共通道),然后在公共通道下方就連接著所有端口。

IP廣播

所謂IP廣播(也稱:群發),是指集線器在發送數據給下層設備時,不分原數據來自何處,將所得數據發給每一個端口,如果其中有端口需要來源的數據,就會處于接收狀態,而不需要的端口就處于拒絕狀態。舉個例子來說:在網內時,當客戶端A發送數據包給客戶端B時,集線器便將來自A的數據包群發給每一個端口,此時B就處于接收狀態,其它端口則處于拒絕狀態;在網外也如此,當客戶端A發送域名“https://www.toutiao.com/”時,通過集線器,然后經過DNS域名解析把IP地址(202.108.36.172)發回給集線器。此時,集線器便群發給所有接入的端口,需要此地址的機器便處于接收狀態(客戶端A處于接收狀態),不需要則處于拒絕狀態。

單位時間

這應該是最簡單的一個名詞了,也可以理解為Hub的工作頻率,比如工作頻率為33MHz的Hub,那么在單位時間內Hub能做什么事呢?上面在解釋共享型的時候已經舉了個例子,但是有一點在這需要解釋的是,比如我們有的時候會看到A在向B發送數據的“同時”,C也在向D傳送數據,這看起來似乎有點矛盾,也確實是這樣,那為什么會看起來2者同時在進行呢?因為A在第一個單位時間內發送數據給B的時候,由于廣播的原因,B、C、D在第一個單位時間內會同時接受廣播,但是C,D會從第2個單位時間開始拒絕接收A發來的數據,因為C和D已經判斷出這些數據不是他們需要的數據。而且在第2個單位時間的時候C也發送一個數據廣播,A,B,D都接受,但是只有D會接收這些數據。這些操作只用2到3個單位時間,但是我們卻很難察覺到,感覺上就是在同時“進行”一樣。


三、什么是交換機 

交換機是一種基于MAC(網卡的硬件地址)識別,能完成封裝轉發數據包功能的網絡設備。交換機可以“學習”MAC地址,并把其存放在內部地址表中,通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑,使數據幀直接由源地址到達目的地址。


局域網交換機的定義

以太網、快速以太網、FDDI和令牌環網常被稱為傳統局域網,它們都是共享介質、共享帶寬的共享式局域網。為了提高帶寬,往往采用路由器進行網絡分割,將一個網絡分為多個網段,每個網段有不同的子網地址,不同的廣播域,以減少網絡上的沖突,提高網絡帶寬。微化網段已不能適應局域網擴展和新的網絡應用對高帶寬的需求,有人說“傳統局域網已走到盡頭”。


近幾年突起的交換式局域網技術,能夠解決共享式局域網所帶來的網絡效率低、不能提供足夠的網絡帶寬和網絡不易擴展等一系列問題。它從根本上改變了共享式局域網的結構,解決了帶寬瓶頸問題。目前已有交換以太網、交換令牌環、交換FDDI和ATM等交換局域網,其中交換以太網應用最為廣泛。交換局域網已成為當今局域網技術的主流。


交換機提供了橋接能力以及在現存網絡上增加帶寬的功能。用于L A N上的交換機與網橋相似,因為它們都運作在數據鏈路層(第2層)的M A C子層上,都檢驗著所有進入的網絡流量的設備地址。與網橋還有一點相似,交換機保持一張有關地址的信息表,并用該信息來決定如何過濾并轉發L A N流量。


與網橋不同,交換機采用交換技術來增加數據的輸入輸出總和和安裝介質的帶寬。一般交換機轉發延遲很小,能經濟地將網絡分成小的沖突網域,為每個工作站提供更高的帶寬。


四、什么是路由器 

路由器(Router)是工作在OSI第三層(網絡層)上、具有連接不同類型網絡的能力并能夠選擇數據傳送路徑的網絡設備。路由器有三個特征:工作在網絡層上、能夠連接不同類型的網絡、能夠選擇數據傳的路徑。

路由器

1、路由器工作在第三層上,路由器是第三層網絡設備,這樣說大家可能都不理解,就先說一下集線器和交換機吧。集線器工作在第一層(即物理層),它沒有智能處理能力,對它來說,數據只是電流而已,當一個端口的電流傳到集線器中時,它只是簡單地將電流傳送到其他端口,至于其他端口連接的計算機接收不接收這些數據,它就不管了。交換機工作在第二層(即數據鏈路層),它要比集線器智能一些,對它來說,網絡上的數據就是MAC地址的集合,它能分辨出幀中的源MAC地址和目的MAC地址,因此可以在任意兩個端口間建立聯系,但是交換機并不懂得IP地址,它只知道MAC地址。路由器工作在第三層(即網絡層),它比交換機還要“聰明”一些,它能理解數據中的IP地址,如果它接收到一個數據包,就檢查其中的IP地址,如果目標地址是本地網絡的就不理會,如果是其他網絡的,就將數據包轉發出本地網絡。


2、路由器能連接不同類型的網絡,我們常見的集線器和交換機一般都是用于連接以太網的,但是如果將兩種網絡類型連接起來,比如以太網與ATM網,集線器和交換機就派不上用場了。路由器能夠連接不同類型的局域網和廣域網,如以太網、ATM網、FDDI網、令牌環網等。不同類型的網絡,其傳送的數據單元——幀(Frame)的格式和大小是不同的,就像公路運輸是汽車為單位裝載貨物,而鐵路運輸是以車皮為單位裝載貨物一樣,從汽車運輸改為鐵路運輸,必須把貨物從汽車上放到火車車皮上,網絡中的數據也是如此,數據從一種類型的網絡傳輸至另一種類型的網絡,必須進行幀格式轉換。路由器就有這種能力,而交換機和集線器就沒有。實際上,我們所說的“互聯網”,就是由各種路由器連接起來的,因為互聯網上存在各種不同類型的網絡,集線器和交換機根本不能勝任這個任務,所以必須由路由器來擔當這個角色。


3、路由器具有路徑選擇能力,在互聯網中,從一個節點到另一個節點,可能有許多路徑,路由器可以選擇通暢快捷的近路,會大大提高通信速度,減輕網絡系統通信負荷,節約網絡系統資源,這是集線器和二層交換機所根本不具備的性能。

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