交換機、Hub 與路由器

交換機的功能首先說HUB,也就是集線器。它的作用可以簡單的理解為將一些機器連接起來組成一個局域網(wǎng)。而交換機（又名交換式集線器）作用與集線器大體相同。但是兩者在性能上有區(qū)別：集線器采用的式共享帶寬的工作方式，而交換機是獨享帶寬。這樣在機器很多或數(shù)據(jù)量很大時，兩者將會有比較明顯的。而路由器與以上兩者有明顯區(qū)別，它的作用在于連接不同的網(wǎng)段并且找到網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)傳輸最合適的路徑，可以說一般情況下個人用戶需求不大。路由器是產(chǎn)生于交換機之后，就像交換機產(chǎn)生于集線器之后，所以路由器與交換機也有一定聯(lián)系，并不是完全獨立的兩種設備。路由器主要克服了交換機不能路由轉發(fā)數(shù)據(jù)包的不足?？偟膩碚f，路由器與交換機的主要區(qū)別體現(xiàn)在以下幾個方面：（1） 工作層次不同最初的的交換機是工作在OSI/RM開放體系結構的數(shù)據(jù)鏈路層，也就是第二層，而路由器一開始就設計工作在OSI模型的網(wǎng)絡層。由于交換機工作在OSI的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），所以它的工作原理比較簡單，而路由器工作在OSI的第三層（網(wǎng)絡層），可以得到更多的協(xié)議信息，路由器可以做出更加智能的轉發(fā)決策。（2） 數(shù)據(jù)轉發(fā)所依據(jù)的對象不同交換機是利用物理地址或者說MAC地址來確定轉發(fā)數(shù)據(jù)的目的地址。而路由器則是利用不同網(wǎng)絡的ID號（即IP地址）來確定數(shù)據(jù)轉發(fā)的地址。IP地址是在軟件中實現(xiàn)的，描述的是設備所在的網(wǎng)絡，有時這些第三層的地址也稱為協(xié)議地址或者網(wǎng)絡地址。MAC地址通常是硬件自帶的，由網(wǎng)卡生產(chǎn)商來分配的，而且已經(jīng)固化到了網(wǎng)卡中去，一般來說是不可更改的。而IP地址則通常由網(wǎng)絡管理員或系統(tǒng)自動分配。（3） 傳統(tǒng)的交換機只能分割沖突域，不能分割廣播域；而路由器可以分割廣播域由交換機連接的網(wǎng)段仍屬于同一個廣播域，廣播數(shù)據(jù)包會在交換機連接的所有網(wǎng)段上傳播，在某些情況下會導致通信擁擠和安全漏洞。連接到路由器上的網(wǎng)段會被分配成不同的廣播域，廣播數(shù)據(jù)不會穿過路由器。雖然第三層以上交換機具有VLAN功能，也可以分割廣播域，但是各子廣播域之間是不能通信交流的，它們之間的交流仍然需要路由器。（4） 路由器提供了防火墻的服務路由器僅僅轉發(fā)特定地址的數(shù)據(jù)包，不傳送不支持路由協(xié)議的數(shù)據(jù)包傳送和未知目標網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包的傳送，從。交換機一般用于LAN-WAN的連接，交換機歸于網(wǎng)橋，是數(shù)據(jù)鏈路層的設備，有些交換機也可實現(xiàn)第三層的交換。路由器用于WAN-WAN之間的連接，可以解決異性網(wǎng)絡之間轉發(fā)分組，作用于網(wǎng)絡層。他們只是從一條線路上接受輸入分組，然后向另一條線路轉發(fā)。這兩條線路可能分屬于不同的網(wǎng)絡，并采用不同協(xié)議。相比較而言，路由器的功能較交換機要強大，但速度相對也慢，價格昂貴，第三層交換機既有交換機線速轉發(fā)報文能力，又有路由器良好的控制功能，因此得以廣泛應用。目前個人比較多寬帶接入方式就是ADSL，因此筆者就ADSL的接入來簡單的說明一下?，F(xiàn)在購買的ADSL貓大多具有路由功能（很多的時候廠家在出廠時將路由功能屏蔽了，因為電信安裝時大多是不啟用路由功能的，啟用DHCP。打開ADSL的路由功能），如果個人上網(wǎng)或少數(shù)幾臺通過ADSL本身就可以了，如果電腦比較多你只需要再購買一個或多個集線器或者交換機?？紤]到如今集線器與交換機的價格相差十分小，不是特殊的原因，請購買一個交換機。不必去追求高價，因為如今產(chǎn)品同質化十分嚴重，我最便宜的交換機現(xiàn)在沒有任何問題。給你一個參考報價，建議你購買一個8口的，以滿足擴充需求，一般的價格100元左右。接上交換機，所有電腦再接到交換機上就行了。余下所要做的事情就只有把各個機器的網(wǎng)線插入交換機的接口，將貓的網(wǎng)線插入uplink接口。然后設置路由功能，DHCP等，就可以共享上網(wǎng)了?？赐暌陨系慕庹f讀者應該對交換機、集線器、路由器有了一些了解，目前的使用主要還是以交換機、路由器的組合使用為主，具體的組合方式可根據(jù)具體的網(wǎng)絡情況和需求來確定集線器的功能.集線器(HUB)顧名思義，集線器就是將網(wǎng)線集中到一起的機器，也就是多臺主機和設備的連接器。集線器的主要功能是對接收到的信號進行同步整形放大，以擴大網(wǎng)絡的傳輸距離，所以它屬于中繼器的一種。區(qū)別僅在于集線器能提供更多的連接端口，而中繼器只是一個1對1的專門延長傳輸距離的連接器。集線器的特點：集線器在OSI模型中屬于第一層物理層設備，從OSI模型可以看出它只是對數(shù)據(jù)的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對數(shù)據(jù)傳輸中的短幀、碎片等無法進行有效的處理，不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院驼_性。所有端口都是共享一條帶寬，在同一時刻只能有二個端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待，所以只能工作在半雙工模式下，傳輸效率低。如果是個8口的HUB，那么每個端口得到的帶寬就只有1/8的總帶寬了。現(xiàn)在市場上的HUB多為10/100Mbps帶寬自適應型。而且集線器是一種廣播工作模式，也就是說集線器的某個端口工作的時候，其他所有端口都能夠收聽到信息，容易產(chǎn)生廣播風暴。另外安全性差，所有的網(wǎng)卡都能接收到所發(fā)數(shù)據(jù)，只是非目的地網(wǎng)卡自動丟棄了這個不是發(fā)給它的信息包。〔廣播風暴：當網(wǎng)卡或網(wǎng)絡設備損壞后，會不停地發(fā)送廣播包，從而導致廣播風暴，使網(wǎng)絡通信陷于癱瘓。)集線器多用于小型局域的組網(wǎng)，不過隨著交換機的整體價格下調(diào)，集線器的性價比明顯偏低，處于淘汰的邊緣了。目前主流集線器主要有8口、16口和24口等大類，但也有少數(shù)品牌提供非標準端口數(shù)，如4口和12口的，2?3臺電腦的家庭用個4口的10/100Mbps自適應的集線器就可以了。有的HUB會有一個UPLink端口，它是專門用來連接其他網(wǎng)絡設備(如：交換機、路由器等)的。其他還有模塊化、可堆疊等概念屬于高端專業(yè)領域，本文不涉及路由器的功能在網(wǎng)絡間截獲發(fā)送到遠地網(wǎng)段的報文，起轉發(fā)的作用。選擇最合理的路由，引導通信。為了實現(xiàn)這一功能，路由器要按照某種路由通信協(xié)議，查找路由表，路由表中列出整個互聯(lián)網(wǎng)絡中包含的各個節(jié)點，以及節(jié)點間的路徑情況和與它們相聯(lián)系的傳輸費用。如果到特定的節(jié)點有一條以上路徑，則基于預先確定的準則選擇最優(yōu)(最經(jīng)濟)的路徑。由于各種網(wǎng)絡段和其相互連接情況可能發(fā)生變化，因此路由情況的信息需要及時更新，這是由所使用的路由信息協(xié)議規(guī)定的定時更新或者按變化情況更新來完成。網(wǎng)絡中的每個路由器按照這一規(guī)則動態(tài)地更新它所保持的路由表，以便保持有效的路由信息。路由器在轉發(fā)報文的過程中，為了便于在網(wǎng)絡間傳送報文，按照預定的規(guī)則把大的數(shù)據(jù)包分解成適當大小的數(shù)據(jù)包，到達目的地后再把分解的數(shù)據(jù)包包裝成原有形式。多協(xié)議的路由器可以連接使用不同通信協(xié)議的網(wǎng)絡段，作為不同通信協(xié)議網(wǎng)絡段通信連接的平臺。路由器的主要任務是把通信引導到目的地網(wǎng)絡，然后到達特定的節(jié)點站地址。后一個功能是通過網(wǎng)絡地址分解完成的。例如，把網(wǎng)絡地址部分的分配指定成網(wǎng)絡、子網(wǎng)和區(qū)域的一組節(jié)點，其余的用來指明子網(wǎng)中的特別站。分層尋址允許路由器對有很多個節(jié)點站的網(wǎng)絡存儲尋址信息。在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)的路由器按其轉發(fā)報文的性能可以分為兩種類型，即中間節(jié)點路由器和邊界路由器。盡管在不斷改進的各種路由協(xié)議中，對這兩類路由器所使用的名稱可能有很大的差別，但所發(fā)揮的作用卻是一樣的。中間節(jié)點路由器在網(wǎng)絡中傳輸時，提供報文的存儲和轉發(fā)。同時根據(jù)當前的路由表所保持的路由信息情況，選擇最好的路徑傳送報文。由多個互連的LAN組成的公司或企業(yè)網(wǎng)絡一側和外界廣域網(wǎng)相連接的路由器，就是這個企業(yè)網(wǎng)絡的邊界路由器。它從外部廣域網(wǎng)收集向本企業(yè)網(wǎng)絡尋址的信息，轉發(fā)到企業(yè)網(wǎng)絡中有關的網(wǎng)絡段；另一方面集中企業(yè)網(wǎng)絡中各個LAN段向外部廣域網(wǎng)發(fā)送的報文，對相關的報文確定最好的傳輸路徑。我們通過一個例子來說明路由器工作原理。交換機集線器路由器三個的區(qū)別是什么?什么是交換機？交換switching是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳酚缮系募夹g統(tǒng)稱。廣義的交換機switch就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設備。交換和交換機最早起源于電話通訊系統(tǒng)（PSTN），我們現(xiàn)在還能在老電影中看到這樣的場面:首長（主叫用戶）拿起話筒來一陣猛搖，局端是一排插滿線頭的機器，戴著耳麥的話務小姐接到連接要求后，把線頭插在相應的出口，為兩個用戶端建立起連接，直到通話結束。這個過程就是通過人工方式建立起來的交換。當然現(xiàn)在我們早已普及了程控交換機，交換的過程都是自動完成。在計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中，交換概念的提出是對于共享工作模式的改進。我們以前介紹過的HUB集線器就是一種共享設備，HUB本身不能識別目的地址，當同一局域網(wǎng)內(nèi)的A主機給B主機傳輸數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)包在以HUB為架構的網(wǎng)絡上是以廣播方式傳輸?shù)?，由每一臺終端通過驗證數(shù)據(jù)包頭的地址信息來確定是否接收。也就是說，在這種工作方式下，同一時刻網(wǎng)絡上只能傳輸一組數(shù)據(jù)幀的通訊，如果發(fā)生碰撞還得重試。這種方式就是共享網(wǎng)絡帶寬。交換機擁有一條很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，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若不存在才廣播到所有的端口，接收端口回應后交換機會“學習”新的地址，并把它添加入內(nèi)部地址表中。使用交換機也可以把網(wǎng)絡“分段”，通過對照地址表，交換機只允許必要的網(wǎng)絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發(fā)，可以有效的隔離廣播風暴，減少誤包和錯包的出現(xiàn)，避免共享沖突。交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數(shù)據(jù)傳輸。每一端口都可視為獨立的網(wǎng)段，連接在其上的網(wǎng)絡設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競爭使用。當節(jié)點A向節(jié)點D發(fā)送數(shù)據(jù)時，節(jié)點B可同時向節(jié)點C發(fā)送數(shù)據(jù)，而且這兩個傳輸都享有網(wǎng)絡的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網(wǎng)交換機，那么該交換機這時的總流通量就等于2X10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps?？傊?，交換機是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡設備。交換機可以“學習”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達目的地址。交換機的應用作為局域網(wǎng)的主要連接設備，以太網(wǎng)交換機成為應用普及最快的網(wǎng)絡設備之一。隨著交換技術的不斷發(fā)展，以太網(wǎng)交換機的價格急劇下降，交換到桌面已是大勢所趨。如果你的以太網(wǎng)絡上擁有大量的用戶、繁忙的應用程序和各式各樣的服務器，而且你還未對網(wǎng)絡結構做出任何調(diào)整，那么整個網(wǎng)絡的性能可能會非常低。解決方法之一是在以太網(wǎng)上添加一個10/100Mbps的交換機，它不僅可以處理10Mbps的常規(guī)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)流，而且還可以支持100Mbps的快速以太網(wǎng)連接。如果網(wǎng)絡的利用率超過了40%，并且碰撞率大于10%，交換機可以幫你解決一點問題。帶有100Mbps快速以太網(wǎng)和10Mbps以太網(wǎng)端口的交換機可以全雙工方式運行，可以建立起專用的20Mbps到200Mbps連接。不僅不同網(wǎng)絡環(huán)境下交換機的作用各不相同，在同一網(wǎng)絡環(huán)境下添加新的交換機和增加現(xiàn)有交換機的交換端口對網(wǎng)絡的影響也不盡相同。充分了解和掌握網(wǎng)絡的流量模式是能否發(fā)揮交換機作用的一個非常重要的因素。因為使用交換機的目的就是盡可能的減少和過濾網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)流量，所以如果網(wǎng)絡中的某臺交換機由于安裝位置設置不當，幾乎需要轉發(fā)接收到的所有數(shù)據(jù)包的話，交換機就無法發(fā)揮其優(yōu)化網(wǎng)絡性能的作用，反而降低了數(shù)據(jù)的傳輸速度，增加了網(wǎng)絡延遲。除安裝位置之外，如果在那些負載較小，信息量較低的網(wǎng)絡中也盲目添加交換機的話，同樣也可能起到負面影響。受數(shù)據(jù)包的處理時間、交換機的緩沖區(qū)大小以及需要重新生成新數(shù)據(jù)包等因素的影響，在這種情況下使用簡單的HUB要比交換機更為理想。因此，我們不能一概認為交換機就比HUB有優(yōu)勢，尤其當用戶的網(wǎng)絡并不擁擠，尚有很大的可利用空間時，使用HUB更能夠充分利用網(wǎng)絡的現(xiàn)有資源。交換機的三種交換方式直通式（CutThrough）直通方式的以太網(wǎng)交換機可以理解為在各端口間是縱橫交叉的線路矩陣電話交換機。它在輸入端口檢測到一個數(shù)據(jù)包時，檢查該包的包頭，獲取包的目的地址，啟動內(nèi)部的動態(tài)查找表轉換成相應的輸出端口，在輸入與輸出交叉處接通，把數(shù)據(jù)包直通到相應的端口，實現(xiàn)交換功能。由于不需要存儲，延遲非常小、交換非常快，這是它的優(yōu)點。它的缺點是，因為數(shù)據(jù)包內(nèi)容并沒有被以太網(wǎng)交換機保存下來，所以無法檢查所傳送的數(shù)據(jù)包是否有誤，不能提供錯誤檢測能力。由于沒有緩存，不能將具有不同速率的輸入/輸出端口直接接通，而且容易丟包。存儲轉發(fā)（Store&Forward）存儲轉發(fā)方式是計算機網(wǎng)絡領域應用最為廣泛的方式。它把輸入端口的數(shù)據(jù)包先存儲起來，然后進行CRC（循環(huán)冗余碼校驗）檢查，在對錯誤包處理后才取出數(shù)據(jù)包的目的地址，通過查找表轉換成輸出端口送出包。正因如此，存儲轉發(fā)方式在數(shù)據(jù)處理時延時大，這是它的不足，但是它可以對進入交換機的數(shù)據(jù)包進行錯誤檢測，有效地改善網(wǎng)絡性能。尤其重要的是它可以支持不同速度的端口間的轉換，保持高速端口與低速端口間的協(xié)同工作。碎片隔離（FragmentFree）這是介于前兩者之間的一種解決方案。它檢查數(shù)據(jù)包的長度是否夠64個字節(jié)，如果小于64字節(jié)，說明是假包，則丟棄該包;如果大于64字節(jié)，則發(fā)送該包。這種方式也不提供數(shù)據(jù)校驗。它的數(shù)據(jù)處理速度比存儲轉發(fā)方式快，但比直通式慢。交換機分類從廣義上來看，交換機分為兩種:廣域網(wǎng)交換機和局域網(wǎng)交換機。廣域網(wǎng)交換機主要應用于電信領域，提供通信用的基礎平臺。而局域網(wǎng)交換機則應用于局域網(wǎng)絡，用于連接終端設備，如PC機及網(wǎng)絡打印機等。從傳輸介質和傳輸速度上可分為以太網(wǎng)交換機、快速以太網(wǎng)交換機、千兆以太網(wǎng)交換機、FDDI交換機、ATM交換機和令牌環(huán)交換機等。從規(guī)模應用上又可分為企業(yè)級交換機、部門級交換機和工作組交換機等。各廠商劃分的尺度并不是完全一致的，一般來講，企業(yè)級交換機都是機架式，部門級交換機可以是機架式（插槽數(shù)較少），也可以是固定配置式，而工作組級交換機為固定配置式（功能較為簡單）。另一方面，從應用的規(guī)模來看，作為骨十交換機時，支持500個信息點以上大型企業(yè)應用的交換機為企業(yè)級交換機，支持300個信息點以下中型企業(yè)的交換機為部門級交換機，而支持100個信息點以內(nèi)的交換機為工作組級交換機。交換機功能交換機的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。目前交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN（虛擬局域網(wǎng)）的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。交換機除了能夠連接同種類型的網(wǎng)絡之外，還可以在不同類型的網(wǎng)絡（如以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)）之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供支持快速以太網(wǎng)或FDDI等的高速連接端口，用于連接網(wǎng)絡中的其它交換機或者為帶寬占用量大的關鍵服務器提供附加帶寬。一般來說，交換機的每個端口都用來連接一個獨立的網(wǎng)段，但是有時為了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網(wǎng)絡計算機直接連接到交換機的端口上。這樣，網(wǎng)絡的關鍵服務器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。1、 從OSI體系結構來看，集線器屬于OSI的第一層物理層設備，而交換機屬于OSI的第二層數(shù)據(jù)鏈路層設備。也就意味著集線器只是對數(shù)據(jù)的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對數(shù)據(jù)傳輸中的短幀、碎片等無法進行有效的處理，不能保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院驼_性；而交換機不但可以對數(shù)據(jù)的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過濾短幀、碎片等。2、 從工作方式來看，集線器是一種廣播模式，也就是說集線器的某個端口工作的時候，其他所有端口都能夠收聽到信息，容易產(chǎn)生廣播風暴，當網(wǎng)絡較大時網(wǎng)絡性能會受到很大的影響，那么用什么方法去避免這種現(xiàn)象呢？交換機就能夠起到這種作用！當交換機工作的時候，只有發(fā)出請求的端口和目的端口之間相互響應而不影響其他端口，因此交換機就能夠隔離沖突域和有效的抑制廣播風暴的產(chǎn)生。3、 從帶寬來看，集線器不管有多少個端口，所有端口都是共享一條帶寬，在同一時刻只能有二個端口傳送數(shù)據(jù)，其他端口只能等待，同時集線器只能工作在半雙工模式下；而對于交換機而言，每個端口都有一條獨占的帶寬，當二個端口工作時并不影響其他端口的工作，同時交換機不