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集線器和交換機(jī)的區(qū)別

介紹集線器和交換機(jī)技術(shù)原理、典型場(chǎng)景,以及兩者的區(qū)別

  • 發(fā)布時(shí)間:2022-09-02

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1 概述
對(duì)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)而言,互聯(lián)通常是指兩個(gè)或兩個(gè)以上計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)或者設(shè)備在物理和邏輯上的連接。集線器和交換機(jī)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連,擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的重要物理設(shè)備。下面本文就帶領(lǐng)大家了解什么是集線器和交換機(jī),以及集線器和交換機(jī)的區(qū)別。

2 集線器和交換機(jī)
2.1   什么是集線器
集線器,英文稱為“Hub”,為“中心”的意思。集線器(Hub)是數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中的基礎(chǔ)物理設(shè)備,是一個(gè)多網(wǎng)口的轉(zhuǎn)發(fā)器,每個(gè)網(wǎng)口通過(guò)以太網(wǎng)雙絞線或光纖與每臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接在一起。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)以集線器為中心時(shí),即使網(wǎng)絡(luò)中某條線路出現(xiàn)故障,也不會(huì)對(duì)其它線路的工作產(chǎn)生影響。
由于經(jīng)過(guò)線纜傳輸?shù)男盘?hào)存在衰減,有源集線器接收到節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的信號(hào)時(shí),會(huì)將接收到的衰減信號(hào)進(jìn)行再生整形放大,然后以廣播方式向其他所有網(wǎng)口發(fā)送信號(hào)。
2.2   什么是交換機(jī)
交換機(jī),英文稱為“Switch”。交換機(jī)是一個(gè)具有多網(wǎng)口的物理設(shè)備,通過(guò)將傳輸介質(zhì)的線纜匯聚在一起,以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接。交換機(jī)是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接,擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)范圍不可或缺的設(shè)備。
為實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)功能,交換機(jī)需要在內(nèi)部維護(hù)一張MAC地址表,該地址表會(huì)記錄與交換機(jī)相連的每個(gè)設(shè)備的MAC地址與網(wǎng)口的對(duì)應(yīng)關(guān)系。利用MAC地址表和內(nèi)部的交換矩陣,交換機(jī)能同時(shí)連通多條通信線路,使每一對(duì)相互通信的設(shè)備都能獨(dú)占信道,進(jìn)行無(wú)沖突地傳輸數(shù)據(jù)。

3 集線器和交換機(jī)的區(qū)別
集線器和交換機(jī)均給網(wǎng)絡(luò)提供了更多的連接網(wǎng)口,使更多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠連接在一起,起到擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的作用。交換機(jī)與集線器在外觀上區(qū)別不大,但是在工作原理方面存在較大的差異。
3.1   工作層次
OSI參考模型將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)劃分為七層,從下往上分別為物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層。其中,物理層為數(shù)據(jù)端設(shè)備提供傳送數(shù)據(jù)通路、傳輸數(shù)據(jù),為數(shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù);數(shù)據(jù)鏈路層把物理層轉(zhuǎn)換為可靠的鏈路,主要功能包括組幀、物理編址、流量控制、差錯(cuò)控制和接入控制。
集線器工作在OSI模型的物理層,只對(duì)信號(hào)提供簡(jiǎn)單的再生整形放大和轉(zhuǎn)發(fā),不對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼。交換機(jī)工作在OSI模型的數(shù)據(jù)鏈路層,具有MAC地址尋址和數(shù)據(jù)處理的功能。
3.2   轉(zhuǎn)發(fā)方式
集線器的任一網(wǎng)口接收到單播數(shù)據(jù)包后,先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行再生整形放大,然后通過(guò)廣播形式轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)到其他所有網(wǎng)口,發(fā)送數(shù)據(jù)沒(méi)有針對(duì)性。當(dāng)廣播數(shù)據(jù)充斥網(wǎng)絡(luò),會(huì)長(zhǎng)時(shí)間占用線路,影響正常業(yè)務(wù)的運(yùn)行。集線器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)存在安全隱患,數(shù)據(jù)容易被監(jiān)聽(tīng)竊取。
交換機(jī)在為主機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)過(guò)程中進(jìn)行MAC地址表的學(xué)習(xí)。交換機(jī)收到一個(gè)單播數(shù)據(jù)包后,會(huì)根據(jù)MAC地址表匹配對(duì)應(yīng)的目的網(wǎng)口。如果MAC地址表里存在目的網(wǎng)口地址,則直接在對(duì)應(yīng)網(wǎng)口進(jìn)行數(shù)據(jù)的二層單播轉(zhuǎn)發(fā),而不會(huì)將數(shù)據(jù)廣播到所有的網(wǎng)口,因此不會(huì)影響其他網(wǎng)口。如果MAC地址表里不存在對(duì)應(yīng)的目的網(wǎng)口地址,才會(huì)向其他所有的網(wǎng)口廣播數(shù)據(jù)。
3.3   傳輸模式
集線器為總線型拓?fù)洌泄?jié)點(diǎn)共用一條總線通信。集線器中的兩個(gè)網(wǎng)口不能同時(shí)進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù),即在同一時(shí)刻,只能進(jìn)行單方向的數(shù)據(jù)傳輸,不能雙向同時(shí)傳輸,為半雙工傳輸模式。
交換機(jī)既支持半雙工模式,也可以實(shí)現(xiàn)全雙工模式。全雙工通信過(guò)程類似通電話的過(guò)程,兩個(gè)網(wǎng)口可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收發(fā)。此外,交換機(jī)上的網(wǎng)口之間的通信都是相互獨(dú)立的,不會(huì)相互影響。
3.4   帶寬
集線器的所有網(wǎng)口共享一條帶寬。而對(duì)于交換機(jī)而言,每個(gè)網(wǎng)口都獨(dú)占一條帶寬,當(dāng)兩個(gè)網(wǎng)口通信時(shí)并不影響其他網(wǎng)口的通信。舉個(gè)例子,假設(shè)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的帶寬為100Mbps,在集線器中分配給每個(gè)網(wǎng)口的帶寬加起來(lái)的總和為100Mbps;如果是交換機(jī),則每個(gè)網(wǎng)口的帶寬都為100Mbps。
3.5   兩者差異性對(duì)比
在前面的章節(jié)中,圍繞“集線器和交換機(jī)的區(qū)別”進(jìn)行了闡述,表3-1通過(guò)將兩者的差異性進(jìn)行羅列對(duì)比,幫助讀者更加直接清晰地了解兩者的區(qū)別。
表3-1 集線器和交換機(jī)差異性對(duì)比
區(qū)別 集線器 交換機(jī)
工作層次 物理層 數(shù)據(jù)鏈路層
轉(zhuǎn)發(fā)方式 廣播轉(zhuǎn)發(fā) 查表轉(zhuǎn)發(fā)或丟棄
傳輸模式 半雙工模式 半雙工/全雙工模式
帶寬 共享寬帶 獨(dú)占寬帶

4 總結(jié)
集線器主要用于共享網(wǎng)絡(luò)的組建,它處于網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)星型結(jié)點(diǎn),對(duì)連接在該結(jié)點(diǎn)的設(shè)備進(jìn)行集中管理。若無(wú)集線器作為中心節(jié)點(diǎn)來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理,會(huì)呈現(xiàn)出復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌爰€器能簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌瑫r(shí)方便用戶快速加入網(wǎng)絡(luò)。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中,集線器一般應(yīng)用于中小型局域網(wǎng)或者大中型網(wǎng)絡(luò)的邊緣。
集線器為半雙工傳輸模式,且各臺(tái)設(shè)備共享帶寬,若網(wǎng)絡(luò)中某一臺(tái)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間占用線路會(huì)嚴(yán)重影響其他設(shè)備通信。相比之下,交換機(jī)支持全雙工傳輸模式,且各臺(tái)設(shè)備獨(dú)占帶寬,通信線路之間不會(huì)相互影響,所以應(yīng)用場(chǎng)景更加廣泛,不僅能應(yīng)用于中小型局域網(wǎng),也廣泛應(yīng)用于中大型廣域網(wǎng)中。此外,交換機(jī)可以構(gòu)建虛擬局域網(wǎng)(VLAN)來(lái)隔離廣播域,縮小廣播范圍,在控制“廣播風(fēng)暴”產(chǎn)生的同時(shí)還可以提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。總體來(lái)說(shuō),相比于集線器,交換機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景更廣泛,其已逐漸替代集線器。

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