1集線器,交換機,路由器,工作原理

1、2LWL集線器，交換機，路由器，工作原:理rco”一、交換機介紹什么是交換機交換機也叫交換式集線器，它通過對信息進行重新生成，并經(jīng)過內(nèi)部處理后 轉(zhuǎn)發(fā)至指定端口，具備自動尋址能力和交換作用，由于交換機根據(jù)所傳遞信息包 的目的地址，將每一信息包獨立地從源端口送至目的端口，避免了和其他端口發(fā) 生碰撞。廣義的交換機就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。交換機的工作原理在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，交換機是針對共享工作模式的弱點而推出的。集線器 是采用共享工作模式的代表，如果把集線器比作一個郵遞員，那么這個郵遞員是 個不認識字的“傻瓜”一要他去送信，他不知道直接根據(jù)信件上的地址將信件送 給收信人，只會拿著信

2、分發(fā)給所有的人，然后讓接收的人根據(jù)地址信息來判斷是 不是自己的!而交換機則是一個“聰明”的郵遞員一交換機擁有一條高帶寬的背 部總線和內(nèi)部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，當(dāng)控制 電路收到數(shù)據(jù)包以后，處理端口會查找內(nèi)存中的地址對照表以確定目的MAC （網(wǎng) 卡的硬件地址）的NIC（網(wǎng)卡）掛接在哪個端口上，通過內(nèi)部交換矩陣迅速將數(shù) 據(jù)包傳送到目的端口。目的MAC若不存在，交換機才廣播到所有的端口，接收端 口回應(yīng)后交換機會“學(xué)習(xí)”新的地址，并把它添加入內(nèi)部地址表中?？梢?，交換機在收到某個網(wǎng)卡發(fā)過來的“信件”時，會根據(jù)上面的地址信息， 以及自己掌握的“常住居民戶口簿”快速將信件送到收信

3、人的手中。萬一收信人 的地址不在“戶口簿”上，交換機才會像集線器一樣將信分發(fā)給所有的人，然后 從中找到收信人。而找到收信人之后，交換機會立刻將這個人的信息登記到“戶 口簿”上，這樣以后再為該客戶服務(wù)時，就可以迅速將信件送達了。交換機的性能特點1）獨享帶寬由于交換機能夠智能化地根據(jù)地址信息將數(shù)據(jù)快速送到目的地，因此它不會 像集線器那樣在傳輸數(shù)據(jù)時“打擾”那些非收信人。這樣一來，交換機在同一時 刻可進行多個端口組之間的數(shù)據(jù)傳輸。并且每個端口都可視為是獨立的網(wǎng)段，相 互通信的雙方獨自享有全部的帶寬，無須同其他設(shè)備競爭使用。比如說，當(dāng)A主 機向D主機發(fā)送數(shù)據(jù)時，B主機可同時向C主機發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個

4、傳輸都享 有網(wǎng)絡(luò)的全部帶寬一假設(shè)此時它們使用的是10Mb的交換機，那么該交換機此時 的總流通量就等于2X 10Mb=20Mb。2）全雙工當(dāng)交換機上的兩個端口在通信時，由于它們之間的通道是相對獨立的，因 此它們可以實現(xiàn)全雙工通信。二、路由器介紹路由器的作用通過集線器或交換機，我們可以將很多臺電腦組成一個比較大的局域網(wǎng)，但 是當(dāng)機器的數(shù)量達到一定數(shù)目時，問題也就來了：對于用集線器構(gòu)成的局域網(wǎng)而 言，由于采用“廣播”工作模式，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時，信息在傳輸過程中出現(xiàn)碰 撞、堵塞的情況越來越嚴重，即使是交換機，這種情況也同樣存在。其次，這種 局域網(wǎng)不安全，也不利于管理。為了解決這些問題，人們便將一個較大

5、的網(wǎng)絡(luò)劃分為一個個小的子網(wǎng)、網(wǎng)段， 或者直接將它們劃分為多個VLAN （即虛擬局域網(wǎng)），在一個VLAN內(nèi)，一臺主機 發(fā)出的信息只能發(fā)送到具有相同VLAN號的其他主機，其他VLAN的成員收不到這 些信息或廣播幀。采用VLAN劃分網(wǎng)絡(luò)后，可有效地抑制網(wǎng)絡(luò)上的廣播風(fēng)暴，增 加網(wǎng)絡(luò)的安全性，使管理控制集中。既然是局域網(wǎng)，萬一分別處于不同VLAN的主機需要互相通信時該怎么辦呢？ 這時候就得通過路由器（Router，轉(zhuǎn)發(fā)者）來幫忙了。路由器可以將處于不同子 網(wǎng)、網(wǎng)段、VLAN的電腦連接起來，讓它們自由通信。另外，我們都知道目前的網(wǎng) 絡(luò)有很多種結(jié)構(gòu)類型，且不同網(wǎng)絡(luò)所使用的協(xié)議、速度也不盡相同。當(dāng)兩個不同 結(jié)

6、構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)需要互連時，也可以通過路由器來實現(xiàn)。路由器可以使兩個相似或不 同體系結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)段連接到一起，以構(gòu)成一個更大的局域網(wǎng)或一個廣域網(wǎng)?？梢姡酚善魇且环N連接多個網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它能將不同網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng) 段或VLAN之間的數(shù)據(jù)信息進行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對方的數(shù) 據(jù)，從而構(gòu)成一個更大的網(wǎng)絡(luò)。路由器的工作原理所謂路由就是指通過相互連接的網(wǎng)絡(luò)把信息從源地點移動到目標(biāo)地點的活 動。那么路由器具體是如何進行“翻譯”工作的呢?我們平時在學(xué)習(xí)、翻譯英語 時，肯定會準備一本英漢字典，通過它來實現(xiàn)英文與中文之間的互現(xiàn)轉(zhuǎn)換。而對 于路由器而言，它也有這種用于翻譯的字典一路徑表。路徑表（Routi

7、ng Table） 保存著各種傳輸路徑的相關(guān)數(shù)據(jù)，如子網(wǎng)的標(biāo)志信息、網(wǎng)上路由器的個數(shù)和下一 個路由器的名字等內(nèi)容。路徑表可以是由系統(tǒng)管理員固定設(shè)置好的，也可以由系 統(tǒng)動態(tài)修改，可以由路由器自動調(diào)整，也可以由主機控制。通過路由器可以讓不同子網(wǎng)、網(wǎng)段進行互連，因此路由器與集線器、交換機 不同，它一般安裝在網(wǎng)絡(luò)的“骨干”部位，而不像集線器、交換機那樣工作在基 層。比如說一個較大規(guī)模的企業(yè)局域網(wǎng)，基于管理、安全、性能的考慮，一般都 會將整個網(wǎng)絡(luò)劃分為多個VLAN，如此一來，當(dāng)VLAN與VLAN之間進行通訊時，就 必須使用路由器。對于該企業(yè)網(wǎng)而言，肯定還需要與互聯(lián)網(wǎng)相連，對于企業(yè)而言，一般都是通 過租用

8、電信的DDN專線或者利用ADSL、Cable、ISDN等方式將企業(yè)網(wǎng)接入互聯(lián)網(wǎng)， 而此時由于網(wǎng)絡(luò)體系及所用協(xié)議的不同，也需要路由器來完成企業(yè)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的 互連工作。一般來說，在路由過程中，信息至少會經(jīng)過一個或多個中間節(jié)點。通常，人 們會把路由和交換進行對比，這主要是因為在普通用戶看來兩者所實現(xiàn)的功能是 完全一樣的。其實，路由和交換之間的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在OSI參考模型的 第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），而路由發(fā)生在第三層，即網(wǎng)絡(luò)層。這一區(qū)別決定了路由 和交換在移動信息的過程中需要使用不同的控制信息，所以兩者實現(xiàn)各自功能的 方式是不同的。路由器通過路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路由選擇，這也 是路由

9、器名稱的由來。三、三者的外觀比較交換機和路由器“交換”是今天網(wǎng)絡(luò)里出現(xiàn)頻率最高的一個詞，從橋接到路由到ATM直至電 話系統(tǒng)，無論何種場合都可將其套用，搞不清到底什么才是真正的交換。其實交 換一詞最早出現(xiàn)于電話系統(tǒng)，特指實現(xiàn)兩個不同電話機之間話音信號的交換，完 成該工作的設(shè)備就是電話交換機。所以從本意上來講，交換只是一種技術(shù)概念， 即完成信號由設(shè)備入口到出口的轉(zhuǎn)發(fā)。因此，只要是和符合該定義的所有設(shè)備都 可被稱為交換設(shè)備。由此可見，“交換”是一個涵義廣泛的詞語，當(dāng)它被用來描 述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第二層的設(shè)備時，實際指的是一個橋接設(shè)備；而當(dāng)它被用來描述數(shù)據(jù) 網(wǎng)絡(luò)第三層的設(shè)備時，又指的是一個路由設(shè)備。我們經(jīng)常說

10、到的以太網(wǎng)交換機實際是一個基于網(wǎng)橋技術(shù)的多端口第二層網(wǎng) 絡(luò)設(shè)備，它為數(shù)據(jù)幀從一個端口到另一個任意端口的轉(zhuǎn)發(fā)提供了低時延、低開銷 的通路。由此可見，交換機內(nèi)部核心處應(yīng)該有一個交換矩陣，為任意兩端口間的通信 提供通路，或是一個快速交換總線，以使由任意端口接收的數(shù)據(jù)幀從其他端口送 出。在實際設(shè)備中，交換矩陣的功能往往由專門的芯片（ASIC）完成。另外，以 太網(wǎng)交換機在設(shè)計思想上有一個重要的假設(shè)，即交換核心的速度非常之快，以致 通常的大流量數(shù)據(jù)不會使其產(chǎn)生擁塞，換句話說，交換的能力相對于所傳信息量 而無窮大（與此相反，ATM交換機在設(shè)計上的思路是，認為交換的能力相對所傳 信息量而言有限）。雖然以太網(wǎng)第

11、二層交換機是基于多端口網(wǎng)橋發(fā)展而來，但畢竟交換有其更豐 富的特性，使之不但是獲得更多帶寬的最好途徑，而且還使網(wǎng)絡(luò)更易管理。而路由器是OSI協(xié)議模型的網(wǎng)絡(luò)層中的分組交換設(shè)備（或網(wǎng)絡(luò)層中繼設(shè)備）， 路由器的基本功能是把數(shù)據(jù)（IP報文）傳送到正確的網(wǎng)絡(luò)，包括：1.IP數(shù)據(jù)報的轉(zhuǎn)發(fā)，包括數(shù)據(jù)報的尋徑和傳送；子網(wǎng)隔離，抑制廣播風(fēng)暴；維護路由表，并與其他路由器交換路由信息，這是IP報文轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)。4.IP數(shù)據(jù)報的差錯處理及簡單的擁塞控制；5.實現(xiàn)對IP數(shù)據(jù)報的過濾和記帳。第二層交換機和路由器的區(qū)別傳統(tǒng)交換機從網(wǎng)橋發(fā)展而來，屬于OSI第二層即數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。它根據(jù)MAC 地址尋址，通過站表選擇路由，站表的建

12、立和維護由交換機自動進行。路由器屬 于OSI第三層即網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，它根據(jù)IP地址進行尋址，通過路由表路由協(xié)議產(chǎn) 生。交換機最大的好處是快速，由于交換機只須識別幀中MAC地址，直接根據(jù)MAC 地址產(chǎn)生選擇轉(zhuǎn)發(fā)端口算法簡單，便于ASIC實現(xiàn)，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度極高。但交換 機的工作機制也帶來一些問題?；芈罚焊鶕?jù)交換機地址學(xué)習(xí)和站表建立算法，交換機之間不允許存在回路。 一旦存在回路，必須啟動生成樹算法，阻塞掉產(chǎn)生回路的端口。而路由器的路由 協(xié)議沒有這個問題，路由器之間可以有多條通路來平衡負載，提高可靠性。負載集中：交換機之間只能有一條通路，使得信息集中在一條通信鏈路上， 不能進行動態(tài)分配，以平衡負載。而路由

13、器的路由協(xié)議算法可以避免這一點，OSPF路由協(xié)議算法不但能產(chǎn)生多條路由，而且能為不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用選擇各自不同的最 佳路由。廣播控制：交換機只能縮小沖突域，而不能縮小廣播域。整個交換式網(wǎng)絡(luò) 就是一個大的廣播域，廣播報文散到整個交換式網(wǎng)絡(luò)。而路由器可以隔離廣播域， 廣播報文不能通過路由器繼續(xù)進行廣播。子網(wǎng)劃分：交換機只能識別MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平 坦的地址結(jié)構(gòu)，因此不能根據(jù)MAC地址來劃分子網(wǎng)。而路由器識別IP地址，IP 地址由網(wǎng)絡(luò)管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有層次結(jié)構(gòu)，被劃分成網(wǎng)絡(luò)號 和主機號，可以非常方便地用于劃分子網(wǎng)，路由器的主要功能就是用于連接不同 的網(wǎng)絡(luò)。保密問

14、題：雖說交換機也可以根據(jù)幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他 幀中內(nèi)容對幀實施過濾，但路由器根據(jù)報文的源IP地址、目的IP地址、TCP端 口地址等內(nèi)容對報文實施過濾，更加直觀方便。介質(zhì)相關(guān)：交換機作為橋接設(shè)備也能完成不同鏈路層和物理層之間的轉(zhuǎn) 換，但這種轉(zhuǎn)換過程比較復(fù)雜，不適合ASIC實現(xiàn)，勢必降低交換機的轉(zhuǎn)發(fā)速度。 因此目前交換機主要完成相同或相似物理介質(zhì)和鏈路協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)互連，而不會用 來在物理介質(zhì)和鏈路層協(xié)議相差甚元的網(wǎng)絡(luò)之間進行互連。而路由器則不同，它 主要用于不同網(wǎng)絡(luò)之間互連，因此能連接不同物理介質(zhì)、鏈路層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié) 議的網(wǎng)絡(luò)。路由器在功能上雖然占據(jù)了優(yōu)勢，但價格昂貴，報文轉(zhuǎn)發(fā)速

15、度低。2LWL HYPERLINK 近幾年，交換機為提高性能做了許多改進，其中最突出的改進是虛擬網(wǎng)絡(luò)和 三層交換。劃分子網(wǎng)可以縮小廣播域，減少廣播風(fēng)暴對網(wǎng)絡(luò)的影響。路由器每一接口連 接一個子網(wǎng)，廣播報文不能經(jīng)過路由器廣播出去，連接在路由器不同接口的子網(wǎng) 屬于不同子網(wǎng)，子網(wǎng)范圍由路由器物理劃分。對交換機而言，每一個端口對應(yīng)一 個網(wǎng)段，由于子網(wǎng)由若干網(wǎng)段構(gòu)成，通過對交換機端口的組合，可以邏輯劃分子 網(wǎng)。廣播報文只能在子網(wǎng)內(nèi)廣播，不能擴散到別的子網(wǎng)內(nèi)，通過合理劃分邏輯子 網(wǎng)，達到控制廣播的目的。由于邏輯子網(wǎng)由交換機端口任意組合，沒有物理上的 相關(guān)性，因此稱為虛擬子網(wǎng)，或叫虛擬網(wǎng)。虛擬網(wǎng)技術(shù)不用路由器

16、就解決了廣播 報文的隔離問題，且虛擬網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)段與其物理位置無關(guān)，即相鄰網(wǎng)段可以屬于不同 虛擬網(wǎng)，而相隔甚遠的兩個網(wǎng)段可能屬于不同虛擬網(wǎng)，而相隔甚遠的兩個網(wǎng)段可 能屬于同一個虛擬網(wǎng)。不同虛擬網(wǎng)內(nèi)的終端之間不能相互通信，增強了對網(wǎng)絡(luò)內(nèi) 數(shù)據(jù)的訪問控制。交換機和路由器是性能和功能的矛盾體，交換機交換速度快，但控制功能弱， 路由器控制性能強，但報文轉(zhuǎn)發(fā)速度慢。解決這個矛盾的最新技術(shù)是三層交換， 既有交換機線速轉(zhuǎn)發(fā)報文能力，又有路由器良好的控制功能。4第三層交換機和路由器的區(qū)別在第三層交換技術(shù)出現(xiàn)之前，幾乎沒有必要將路由功能器件和路由器區(qū)別開 來，他們完全是相同的：提供路由功能正在路由器的工作，然而，現(xiàn)在

17、第三層交 換機完全能夠執(zhí)行傳統(tǒng)路由器的大多數(shù)功能。作為網(wǎng)絡(luò)互連的設(shè)備，第三層交換 機具有以下特征：轉(zhuǎn)發(fā)基于第三層地址的業(yè)務(wù)流；完全交換功能；可以完成特殊服務(wù)，如報文過濾或認證；執(zhí)行或不執(zhí)行路由處理。第三層交換機與傳統(tǒng)路由器相比有如下優(yōu)點：1,子網(wǎng)間傳輸帶寬可任意分配：傳統(tǒng)路由器每個接口連接一個子網(wǎng)，子網(wǎng)通 過路由器進行傳輸?shù)乃俾时唤涌诘膸捤拗?。而三層交換機則不同，它可以把 多個端口定義成一個虛擬網(wǎng)，把多個端口組成的虛擬網(wǎng)作為虛擬網(wǎng)接口，該虛擬 網(wǎng)內(nèi)信息可通過組成虛擬網(wǎng)的端口送給三層交換機，由于端口數(shù)可任意指定，子 網(wǎng)間傳輸帶寬沒有限制。合理配置信息資源：由于訪問子網(wǎng)內(nèi)資源速率和訪問全局網(wǎng)中資源速率沒 有區(qū)別，子網(wǎng)設(shè)置單獨服務(wù)器的意義不大，通過在全局網(wǎng)中設(shè)置服務(wù)器群不僅節(jié) 省費用，更可以合理配置信息資源。降低成本：通常的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計用交換機構(gòu)成子網(wǎng)，用路由器進行子網(wǎng)間互連。 目前采用三層交換機進行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，既可以進行任意虛擬子網(wǎng)劃分，又可以通過 交換機三層路由功能完成子網(wǎng)間通信，為此節(jié)省了價格昂貴的路由器。交換機之間連接靈活：作為交換機，它們之間不允許存在回路，作為路由 器，又可有多條通路來提高可靠性、平衡負載。三層交換機用生