集線器、交換機(jī)、路由器解析

       什么是集線器

       集線器，英文名又稱Hub，在OSI模型中屬于數(shù)據(jù)鏈路層。價(jià)格便宜是它最大的優(yōu)勢(shì)，但由于集線器屬于共享型設(shè)備，導(dǎo)致了在繁重的網(wǎng)絡(luò)中，效率變得十分低下，所以我們?cè)谥小⒋笮偷木W(wǎng)絡(luò)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(chǎng)上常見的集線器傳輸速率普遍都為100Mbps。

       接下來(lái)我們了解一下集線器的幾個(gè)概念：

       共享型

       集線器最大的特點(diǎn)就是采用共享型模式，就是指在有一個(gè)端口在向另一個(gè)端口發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，其他端口就處于“等待”狀態(tài)。為什么會(huì)“等待”呢?舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，其實(shí)在單位時(shí)間內(nèi)A向B發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，A是發(fā)送給B、C、D三個(gè)端口的(該現(xiàn)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(shí)間判斷不是自己需要的數(shù)據(jù)后將不會(huì)再去接收A發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)。直到A再次發(fā)送IP廣播，在A再次發(fā)送IP廣播之前的單位時(shí)間內(nèi)，C、D是閑置的，或者C、D之間可以傳輸數(shù)據(jù)。我們可以理解為集線器內(nèi)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(fā))，是指集線器在發(fā)送數(shù)據(jù)給下層設(shè)備時(shí)，不分原數(shù)據(jù)來(lái)自何處，將所得數(shù)據(jù)發(fā)給每一個(gè)端口，如果其中有端口需要來(lái)源的數(shù)據(jù)，就會(huì)處于接收狀態(tài)，而不需要的端口就處于拒絕狀態(tài)。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)：在網(wǎng)內(nèi)時(shí)，當(dāng)客戶端A發(fā)送數(shù)據(jù)包給客戶端B時(shí)，集線器便將來(lái)自A的數(shù)據(jù)包群發(fā)給每一個(gè)端口，此時(shí)B就處于接收狀態(tài)，其它端口則處于拒絕狀態(tài);在網(wǎng)外也如此，當(dāng)客戶端A發(fā)送某個(gè)域名時(shí)，通過(guò)集線器，然后經(jīng)過(guò)DNS域名解析把IP地址發(fā)回給集線器。此時(shí)，集線器便群發(fā)給所有接入的端口，需要此地址的機(jī)器便處于接收狀態(tài)(客戶端A處于接收狀態(tài))，不需要?jiǎng)t處于拒絕狀態(tài)。

       單位時(shí)間

       這應(yīng)該是最簡(jiǎn)單的一個(gè)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(shí)間內(nèi)Hub能做什么事呢?上面在解釋共享型的時(shí)候已經(jīng)舉了個(gè)例子，但是有一點(diǎn)在這需要解釋的是，比如我們有的時(shí)候會(huì)看到A在向B發(fā)送數(shù)據(jù)的“同時(shí)”，C也在向D傳送數(shù)據(jù)，這看起來(lái)似乎有點(diǎn)矛盾，也確實(shí)是這樣，那為什么會(huì)看起來(lái)2者同時(shí)在進(jìn)行呢?因?yàn)锳在第一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)給B的時(shí)候，由于廣播的原因，B、C、D在第一個(gè)單位時(shí)間內(nèi)會(huì)同時(shí)接受廣播，但是C，D會(huì)從第2個(gè)單位時(shí)間開始拒絕接收A發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)，因?yàn)镃和D已經(jīng)判斷出這些數(shù)據(jù)不是他們需要的數(shù)據(jù)。而且在第2個(gè)單位時(shí)間的時(shí)候C也發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)廣播，A，B，D都接受，但是只有D會(huì)接收這些數(shù)據(jù)。這些操作只用2到3個(gè)單位時(shí)間，但是我們卻很難察覺到，感覺上就是在同時(shí)“進(jìn)行”一樣。

       什么是交換機(jī)

       交換機(jī)是一種基于MAC(網(wǎng)卡的硬件地址)識(shí)別，能完成封裝轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包功能的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。交換機(jī)可以“學(xué)習(xí)”MAC地址，并把其存放在內(nèi)部地址表中，通過(guò)在數(shù)據(jù)幀的始發(fā)者和目標(biāo)接收者之間建立臨時(shí)的交換路徑，使數(shù)據(jù)幀直接由源地址到達(dá)目的地址。

       局域網(wǎng)交換機(jī)的定義

       以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、FDDI和令牌環(huán)網(wǎng)常被稱為傳統(tǒng)局域網(wǎng)，它們都是共享介質(zhì)、共享帶寬的共享式局域網(wǎng)。為了提高帶寬，往往采用路由器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分割，將一個(gè)網(wǎng)絡(luò)分為多個(gè)網(wǎng)段，每個(gè)網(wǎng)段有不同的子網(wǎng)地址，不同的廣播域，以減少網(wǎng)絡(luò)上的沖突，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬。微化網(wǎng)段已不能適應(yīng)局域網(wǎng)擴(kuò)展和新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對(duì)高帶寬的需求，有人說(shuō)“傳統(tǒng)局域網(wǎng)已走到盡頭”。

       近幾年突起的交換式局域網(wǎng)技術(shù)，能夠解決共享式局域網(wǎng)所帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)效率低、不能提供足夠的網(wǎng)絡(luò)帶寬和網(wǎng)絡(luò)不易擴(kuò)展等一系列問(wèn)題。它從根本上改變了共享式局域網(wǎng)的結(jié)構(gòu)，解決了帶寬瓶頸問(wèn)題。目前已有交換以太網(wǎng)、交換令牌環(huán)、交換FDDI和ATM等交換局域網(wǎng)，其中交換以太網(wǎng)應(yīng)用最為廣泛。交換局域網(wǎng)已成為當(dāng)今局域網(wǎng)技術(shù)的主流。

      交換機(jī)提供了橋接能力以及在現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)上增加帶寬的功能。用于L A N上的交換機(jī)與網(wǎng)橋相似，因?yàn)樗鼈兌歼\(yùn)作在數(shù)據(jù)鏈路層(第2層)的M A C子層上，都檢驗(yàn)著所有進(jìn)入的網(wǎng)絡(luò)流量的設(shè)備地址。與網(wǎng)橋還有一點(diǎn)相似，交換機(jī)保持一張有關(guān)地址的信息表，并用該信息來(lái)決定如何過(guò)濾并轉(zhuǎn)發(fā)L A N流量。

       與網(wǎng)橋不同，交換機(jī)采用交換技術(shù)來(lái)增加數(shù)據(jù)的輸入輸出總和和安裝介質(zhì)的帶寬。一般交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延遲很小，能經(jīng)濟(jì)地將網(wǎng)絡(luò)分成小的沖突網(wǎng)域，為每個(gè)工作站提供更高的帶寬。

       什么是路由器

       路由器(Router)是工作在OSI第三層(網(wǎng)絡(luò)層)上、具有連接不同類型網(wǎng)絡(luò)的能力并能夠選擇數(shù)據(jù)傳送路徑的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。路由器有三個(gè)特征：工作在網(wǎng)絡(luò)層上、能夠連接不同類型的網(wǎng)絡(luò)、能夠選擇數(shù)據(jù)傳的路徑。

       1、路由器工作在第三層上,路由器是第三層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這樣說(shuō)大家可能都不理解，就先說(shuō)一下集線器和交換機(jī)吧。

       集線器工作在第一層(即物理層)，它沒有智能處理能力，對(duì)它來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)只是電流而已，當(dāng)一個(gè)端口的電流傳到集線器中時(shí)，它只是簡(jiǎn)單地將電流傳送到其他端口，至于其他端口連接的計(jì)算機(jī)接收不接收這些數(shù)據(jù)，它就不管了。交換機(jī)工作在第二層(即數(shù)據(jù)鏈路層)，它要比集線器智能一些，對(duì)它來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)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(gè)端口間建立聯(lián)系，但是交換機(jī)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(wǎng)絡(luò)層)，它比交換機(jī)還要“聰明”一些，它能理解數(shù)據(jù)中的IP地址，如果它接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，就檢查其中的IP地址，如果目標(biāo)地址是本地網(wǎng)絡(luò)的就不理會(huì)，如果是其他網(wǎng)絡(luò)的，就將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出本地網(wǎng)絡(luò)。

       2、路由器能連接不同類型的網(wǎng)絡(luò)，我們常見的集線器和交換機(jī)一般都是用于連接以太網(wǎng)的，但是如果將兩種網(wǎng)絡(luò)類型連接起來(lái)，比如以太網(wǎng)與ATM網(wǎng)，集線器和交換機(jī)就派不上用場(chǎng)了。路由器能夠連接不同類型的局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，如以太網(wǎng)、ATM網(wǎng)、FDDI網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)等。不同類型的網(wǎng)絡(luò)，其傳送的數(shù)據(jù)單元——幀(Frame)的格式和大小是不同的，就像公路運(yùn)輸是汽車為單位裝載貨物，而鐵路運(yùn)輸是以車皮為單位裝載貨物一樣，從汽車運(yùn)輸改為鐵路運(yùn)輸，必須把貨物從汽車上放到火車車皮上，網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)也是如此，數(shù)據(jù)從一種類型的網(wǎng)絡(luò)傳輸至另一種類型的網(wǎng)絡(luò)，必須進(jìn)行幀格式轉(zhuǎn)換。路由器就有這種能力，而交換機(jī)和集線器就沒有。實(shí)際上，我們所說(shuō)的“互聯(lián)網(wǎng)”，就是由各種路由器連接起來(lái)的，因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)上存在各種不同類型的網(wǎng)絡(luò)，集線器和交換機(jī)根本不能勝任這個(gè)任務(wù)，所以必須由路由器來(lái)?yè)?dān)當(dāng)這個(gè)角色。

       3、路由器具有路徑選擇能力，在互聯(lián)網(wǎng)中，從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，可能有許多路徑，路由器可以選擇通暢快捷的近路，會(huì)大大提高通信速度，減輕網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信負(fù)荷，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源，這是集線器和二層交換機(jī)所根本不具備的性能。

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