20集线器交换机路由器是什么.docx
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20集线器交换机路由器是什么
一、简介
1.集线器的英文称为“Hub”。
“Hub”是“中心”的意思，集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。
它工作于OSI（开放系统互联参考模型）参考模型第一层，即“物理层”。
集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备，采用CSMA/CD（即带冲突检测的载波监听多路访问技术）介质访问控制机制。
集线器每个接口简单的收发比特，收到1就转发1，收到0就转发0，不进行碰撞检测。
2.集线器（hub）属于纯硬件网络底层设备，基本上不具有类似于交换机的"智能记忆"能力和"学习"能力。
它也不具备交换机所具有的MAC地址表，所以它发送数据时都是没有针对性的，而是采用广播方式发送。
也就是说当它要向某节点发送数据时，不是直接把数据发送到目的节点，而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点，如图所示，简单明了。
3.HUB是一个多端口的转发器，当以HUB为中心设备时，网络中某条线路产生了故障，并不影响其它线路的工作。
所以HUB在局域网中得到了广泛的应用。
大多数的时候它用在星型与树型网络拓扑结构中，以RJ45接口与各主机相连（也有BNC接口），HUB按照不同的说法有很多种类。
4.集线器（Hub）是指将多条以太网双绞线或光纤集合连接在同一段物理介质下的设备。
集线器是运作在OSI模型中的物理层。
它可以视作多端口的中继器，若它侦测到碰撞，它会提交阻塞信号。
5.集线器通常会附上BNCand/orAUI转接头来连接传统10BASE2或10BASE5网络。
6.由于集线器会把收到的任何数字信号，经过再生或放大，再从集线器的所有端口提交，这会造成信号之间碰撞的机会很大，而且信号也可能被窃听，并且这代表所有连到集线器的设备，都是属于同一个碰撞域名以及广播域名，因此大部份集线器已被交换机取代。
二、原理
1.集线器工作于OSI/RM参考模型的物理层和数据链路层的MAC（介质访问控制）子层。
物理层定义了电气信号，符号，线的状态和时钟要求，数据编码和数据传输用的连接器。
因为集线器只对信号进行整形、放大后再重发，不进行编码，所以是物理层的设备。
10M集线器在物理层有4个标准接口可用，那就是：
10BASE-5、10BASE-2、10BASE-T、10BASE-F。
10M集线器的10BASE-5（AUI）端口用来连接层1和层2 。
2.集线器采用了CSMA/CD（载波帧听多路访问/冲突检测）协议，CSMA/CD为MAC层协议，所以集线器也含有数据链路层的内容。
3.10M集线器作为一种特殊的多端口中继器，它在连网中继扩展中要遵循5-4-3规则，即：
一个网段最多只能分5个子网段；一个网段最多只能有4个中继器；一个网段最多只能有三个子网段含有PC，如图19，子网段2和子网段4是用来延长距离的。
1.集线器的工作过程是非常简单的，它可以这样的简单描述：
首先是节点发信号到线路，集线器接收该信号，因信号在电缆传输中有衰减，集线器接收信号后将衰减的信号整形放大，最后集线器将放大的信号广播转发给其他所有端口。
三、分类
HUB按照对输入信号的处理方式上，可以分为无源HUB、有源HUB、智能HUB和其他HUB。
无源HUB
它是品质最差的一种，不对信号做任何的处理，对介质的传输距离没有扩展，并且对信号有一定的影响。
连接在这种HUB上的每台计算机，都能收到来自同一HUB上所有其它电脑发出的信号；
有源HUB
有源HUB与无源HUB的区别就在于它能对信号放大或再生，这样它就延长了两台主机间的有效传输距离；
智能HUB
一听这词就知道这家伙一定比那两个强！
智能HUB除具备有源HUB所有的功能外，还有网络管理及路由功能。
在智能HUB网络中，不是每台机器都能收到信号，只有与信号目的地址相同地址端口计算机才能收到。
有些智能HUB可自行选择最佳路径，这就对网络有很好的管理！
其他
按其它方法还有很多种类，如10M、100M、10/100M自适应HUB等等，这里就不一一介绍了。
总之，市场价格贵不到哪去，尽量买好一点的。
结构功能
按结构和功能分类，集线器可分为未管理的集线器、堆叠式集线器和底盘集线器三类。
（1）未管理的集线器
最简单的集线器通过以太网总线提供中央网络连接，以星形的形式连接起来。
这称之为未管理的集线器，只用于很小型的至多12个节点的网络中（在少数情况下，可以更多一些）。
未管理的集线器没有管理软件或协议来提供网络管理功能，这种集线器可以是无源的，也可以是有源的，有源集线器使用得更多。
（2）堆叠式集线器
堆叠式集线器是稍微复杂一些的集线器。
堆叠式集线器最显著的特征是8个转发器可以直接彼此相连。
这样只需简单地添加集线器并将其连接到已经安装的集线器上就可以扩展网络，这种方法不仅成本低，而且简单易行。
（3）底盘集线器
底盘集线器是一种模块化的设备，在其底板电路板上可以插入多种类型的模块。
有些集线器带有冗余的底板和电源。
同时，有些模块允许用户不必关闭整个集线器便可替换那些失效的模块。
集线器的底板给插入模块准备了多条总线，这些插入模块可以适应不同的段，如以太网、快速以太网、光纤分布式数据接口（FiberDistributedDataInterface，FDDl）和异步传输模式（AsynchronousTransferMode，ATM）中。
有些集线器还包含有网桥、路由器或交换模块。
有源的底盘集线器还可能会有重定时的模块，用来与放大的数据信号关联。
四、用途
依据IEEE802．3协议，集线器功能是随机选出某一端口的设备，并让它独占全部带宽，与集线器的上联设备（交换机、路由器或服务器等）进行通信。
由此可以看出，集线器在工作时具有以下两个特点。
首先是Hub只是一个多端口的信号放大设备，工作中当一个端口接收到数据信号时，由于信号在从源端口到Hub的传输过程中已有了衰减，所以Hub便将该信号进行整形放大，使被衰减的信号再生（恢复）到发送时的状态，紧接着转发到其他所有处于工作状态的端口上。
从Hub的工作方式可以看出，它在网络中只起到信号放大和重发作用，其目的是扩大网络的传输范围，而不具备信号的定向传送能力，是—个标准的共享式设备。
因此有人称集线器为“傻Hub”或“哑Hub”。
[2]
不过，随着技术的发展和需求的变化，许多Hub在功能上进行了拓宽，不再受这种工作机制的影响。
由Hub组成的网络是共享式网络，同时Hub也只能够在半双工下工作。
Hub主要用于共享网络的组建，是解决从服务器直接到桌面最经济的方案。
在交换式网络中，Hub直接与交换机相连，将交换机端口的数据送到桌面。
使用Hub组网灵活，它处于网络的一个星型结点，对结点相连的工作站进行集中管理，不让出问题的工作站影响整个网络的正常运行，并且用户的加入和退出也很自由。
局域网划分
从局域网角度来区分，集线器可分为五种不同类型。
（1）单中继网段集线器
最简单的集线器，是一类用于最简单的中继式LAN网段的集线器，与堆叠式以太网集线器或令牌环网多站访问部件（MAU）等类似。
[2]
（2）多网段集线器
从单中继网段集线器直接派生而来，采用集线器背板，这种集线器带有多个中继网段。
其主要优点是可以将用户分布于多个中继网段上，以减少每个网段的信息流量负载，网段之间的信息流量一般要求独立的网桥或路由器。
（3）端口交换式集线器
该集成器是在多网段集线器基础上，将用户端口和多个背板网段之间的连接过程自动化，并通过增加端口交换矩阵（PSM）来实现的集线器。
PSM可提供一种自动工具，用于将任何外来用户端口连接到集线器背板上的任何中继网段上。
端口交换式集线器的主要优点是，可实现移动、增加和修改的自动化特点。
[2]
（4）网络互联集线器
端口交换式集线器注重端口交换，而网络互联集线器在背板的多个网段之间可提供一些类型的集成连接，该功能通过一台综合网桥、路由器或LAN交换机来完成。
这类集线器通常都采用机箱形式。
（5）交换式集线器
集线器和交换机之间的界限已变得模糊。
交换式集线器有一个核心交换式背板，采用一个纯粹的交换系统代替传统的共享介质中继网段。
此类产品已经上市，并且混合的（中继/交换）集线器很可能在以后几年控制这一市场。
应该指出，这类集线器和交换机之间的特性几乎没有区别。
随着技术的发展，在局域网尤其是—些大中型局域网中，集线器已逐渐退出应用，而被交换机代替。
集线器主要应用于一些中小型网络或大中型网络的边缘部分。
下面以中小型局域网的应用为特点，介绍其选择方法。
速度
集线器速度的选择，主要决定于以下3个因素。
（1）上联设备带宽
如果上联设备允许跑100Mbit/s，自然可购买100Mbit/s集线器；否则10Mbit/s集线器应是理想选择，由于是对于网络连接设备数较少，而且通信流量不是很大的网络来说，10Mbit/s集线器就可以满足应用需要。
（2）提供的连接端口数
由于连接在集线器上的所有站点均争用同一个上行总线，所以连接的端口数目越多，就越容易造成冲突。
同时，发往集线器任一端口的数据将被发送至与集线器相连的所有端口上，端口数过多将降低设备有效利用率。
依据实践经验，一个10Mbit/s集线器所管理的计算机数不宜超过15个，100Mbit/s的不宜超过25个。
如果超过，应使用交换机来代替集线器。
（3）应用需求
传输的内容不涉及语音、图像，传输量相对较小时，选择10Mbit/s即可。
如果传输量较大，且有可能涉及多媒体应用（注意集线器不适于用来传输时间敏感性信号，如语音信号）时，应当选择100Mbit/s或10/100Mbit/s自适应集线器。
10/100Mbit/s自适应集线器的价格一般要比100Mbit/s的高。
[2]
中继器
集线器（Hub）是一种特殊的中继器，可作为多个网段的转接设备，因为几个集线器可以级联起来。
智能集线器，还可将网络管理、路径选择等网络功能集成于其中。
集线器是管理网络的最小单元，是局域网的星型连接点。
它对工作站进行集中管理，不让出问题的区段影响整个网络的正常运行。
Hub是局域网中应用最广的连接设备，若按配置形式可分为独立型集线器、模块化集线器和堆叠式集线器三种，它的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网。
主要规格有8，16，24端口的集线器。
对于最普通最常用的星型拓扑结构来说，集线器（HUB）是心脏部分，一旦它出问题，整个网络便无法工作，所以它的好坏对于整个网络来说都是相当重要的。
交换机:
1.简介
1.交换（switching）是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。
交换机根据工作位置的不同，可以分为广域网交换机和局域网交换机。
广域的交换机（switch）就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，它应用在数据链路层。
交换机有多个端口，每个端口都具有桥接功能，可以连接一个局域网或一台高性能服务器或工作站。
实际上，交换机有时被称为多端口网桥。
在计算机网络系统中，交换概念的提出改进了共享工作模式。
而HUB集线器就是一种物理层共享设备，HUB本身不能识别MAC 地址和IP地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据报头的MAC地址来确定是否接收。
也就是说，在这种工作方式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试。
这种方式就是共享网络带宽。
通俗的说，普通交换机是不带管理功能的，一根进线，其他接口接到电脑上就可以了。
2.在今天，交换机以更多的却是以应用需求为导向，在选择方案和产品时用户还非常关心如何有效保证投资收益。
在用户提出需求后，由系统集成商或厂商来为其需求来提供相应的服务，然后再去选择相应的技术。
这点是在网络方面表现尤其明显，广大用户，不论是重点行业用户还是一般的企业用户，在应用IT技术方面更加明智，也更加稳健。
此外，宽带的广泛应用、大容量视频文件的不断涌现等等都对网络传输的中枢--交换机的性能提出了新的要求。
3.据《2013-2018年中国交换机市场竞争格局及投资前景评估报告》中显示：
随着网络的发展从技术驱动应用，转为从应用选择技术；网络的融合也从理论走向实践；网络的安全越来越受到重视。
而交换网络的智能化提供了解决这些问题的方法。
网络将在综合应用、速度和覆盖范围等方面继续发展。
二、原理
1.交换机工作于OSI参考模型的第二层，即数据链路层。
交换机内部的CPU会在每个端口成功连接时，通过将MAC地址和端口对应，形成一张MAC表。
在今后的通讯中，发往该MAC地址的数据包将仅送往其对应的端口，而不是所有的端口。
因此，交换机可用于划分数据链路层广播，即冲突域；但它不能划分网络层广播，即广播域。
2.交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。
交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在，广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的MAC地址，并把它添加入内部MAC地址表中。
使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照IP地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。
通过交换机的过滤和转发，可以有效的减少冲突域，但它不能划分网络层广播，即广播域。
3.交换机在同一时刻可进行多个端口对之间的数据传输。
每一端口都可视为独立的物理网段（注：
非IP网段），连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。
当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。
假使这里使用的是10Mbps的以太网交换机，那么该交换机这时的总流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。
总之，交换机是一种基于MAC地址识别，能完成封装转发数据帧功能的网络设备。
交换机可以“学习”MAC地址，并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由源地址到达目的地址。
4.交换机的传输模式有全双工，半双工，全双工/半双工自适应
5.交换机的全双工是指交换机在发送数据的同时也能够接收数据，两者同步进行，这好像我们平时打电话一样，说话的同时也能够听到对方的声音。
交换机都支持全双工。
全双工的好处在于迟延小，速度快。
6.提到全双工，就不能不提与之密切对应的另一个概念，那就是“半双工”，所谓半双工就是指一个时间段内只有一个动作发生，举个简单例子，一条窄窄的马路，同时只能有一辆车通过，当有两辆车对开，这种情况下就只能一辆先过，等到头儿后另一辆再开，这个例子就形象的说明了半双工的原理。
早期的对讲机、以及早期集线器等设备都是实行半双工的产品。
随着技术的不断进步，半双工会逐渐退出历史舞台。
三、用途
交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。
交换机还具备了一些新的功能，如对VLAN（虚拟局域网）的支持、对链路汇聚的支持，甚至有的还具有防火墙的功能。
学习：
以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址，并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中。
转发/过滤：
当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时，它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口）
消除回路：
当交换机包括一个冗余回路时，以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生，同时允许存在后备路径。
交换机除了能够连接同种类型的网络之外，还可以在不同类型的网络（如以太网和快速以太网）之间起到互连作用。
如今许多交换机都能够提供支持快速以太网或FDDI等的高速连接端口，用于连接网络中的其它交换机或者为带宽占用量大的关键服务器提供附加带宽。
一般来说，交换机的每个端口都用来连接一个独立的网段，但是有时为了提供更快的接入速度，我们可以把一些重要的网络计算机直接连接到交换机的端口上。
这样，网络的关键服务器和重要用户就拥有更快的接入速度，支持更大的信息流量。
最后简略的概括一下交换机的基本功能：
1．像集线器一样，交换机提供了大量可供线缆连接的端口，这样可以采用星型拓扑布线。
2．像中继器、集线器和网桥那样，当它转发帧时，交换机会重新产生一个不失真的方形电信号。
3．像网桥那样，交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑。
4．像网桥那样，交换机将局域网分为多个冲突域，每个冲突域都是有独立的宽带，因此大大提高了局域网的带宽。
5．除了具有网桥、集线器和中继器的功能以外，交换机还提供了更先进的功能，如虚拟局域网（VLAN）和更高的性能。
传统交换机从网桥发展而来，属于OSI第二层即数据链路层设备。
它根据MAC地址寻址，通过站表选择路由，站表的建立和维护由交换机自动进行。
路由器属于OSI第三层即网络层设备，它根据IP地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。
交换机最大的好处是快速，由于交换机只须识别帧中MAC地址，直接根据MAC地址产生选择转发端口算法简单，便于ASIC实现，因此转发速度极高。
但交换机的工作机制也带来一些问题。
1．回路：
根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。
一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。
而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提高可靠性。
2．负载集中：
交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。
而路由器的路由协议算法可以避免这一点，OSPF路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。
3．广播控制：
交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。
整个交换式网络就是一个大的广播域，广播报文散到整个交换式网络。
而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进行广播。
4．子网划分：
交换机只能识别MAC地址。
MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据MAC地址来划分子网。
而路由器识别IP地址，IP地址由网络管理员分配，是逻辑地址且IP地址具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是用于连接不同的网络。
5．保密问题：
虽说交换机也可以根据帧的源MAC地址、目的MAC地址和其他帧中内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等内容对报文实施过滤，更加直观方便。
人工交换
电信号交换的历史应当追溯到电话出现的初期。
当电话被发明后，只需要一根足够长的导线，加上末端的两台电话，就可以使相距很远的两个人进行语音交谈。
电话增多后，要使每个拥有电话的人都能相互通信，我们不可能每两台电话机之间都拉上一根线。
于是人们设立了电话局，每个电话用户都接一根线到电话局的一个大电路板上。
当A希望和B通话时，就请求电话局的接线员接通B的电话。
接线员用一根导线，一头插在A接到电路板上的孔，另一头插到B的孔，这就是“接续”，相当于临时给A和B拉了一条电话线，这时双方就可以通话了。
当通话完毕后，接线员将电线拆下，这就是“拆线”。
整个过程就是“人工交换”，它实际上就是一个“合上开关”和“断开开关”的过程。
因此，把“交换”译为“开关”从技术上讲更容易让人理解。
电路程控
人工交换的效率太低，不能满足大规模部署电话的需要。
随着半导体技术的发展和开关电路技术的成熟，人们发现可以利用电子技术替代人工交换。
电话终端用户只要向电子设备发送一串电信号，电子设备就可以根据预先设定的程序，将请求方和被请求方的电路接通，并且独占此电路，不会与第三方共享（当然，由于设计缺陷的缘故，可能会出现多人共享电路的情况，也就是俗称的“串线”）。
这种交换方式被称为“程控交换”。
而这种设备也就是“程控交换机”。
[2]
由于程控交换的技术长期被发达国家垄断，设备昂贵，我国的电话普及率一直不高。
随着当年华为、中兴通讯等企业陆续自主研制出程控交换机，电话在我国得到迅速地普及。
语音程控交换机普遍使用的通信协议为七号信令（SignallingSystemNo.7）
集线比较
1．从OSI体系结构来看，集线器属于第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。
也就是说集线器只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，对于数据传输中的短帧=碎片等无法进行有效的处理，不能保证数据传输的完整性和正确性；而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和整形，而且可以过滤短帧、碎片等。
2．从工作方式看，集线器是一种广播模式，也就是说集线器的某个端口工作的时候，其它所有端口都能够收听到信息，容易产生广播风暴，当网络较大时网络性能会受到很大影响；而交换机就能够避免这种现象，当交换机工作的时候，只有发出请求的端口与目的端口之间相互响应而不影响其它端口，因此交换机就能够隔离冲突域并有效地抑制广播风暴的产生。
3．从带宽来看，集线器不管有多少个端口，所有端口都共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口传送数据，其它端口只能等待，同时集线器只能工作在半双工模式下；而对于交换机而言，每个端口都有一条独占的带宽，当两个端口工作时不影响其它端口的工作，同时交换机不但可以工作在半双工模式下而且可以工作在全双工模式下。
路由器：
1.简介
1.路由器（Router），是连接因特网中各局域网、广域网的设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径，按前后顺序发送信号。
路由器是互联网络的枢纽，"交通警察"。
目前路由器已经广泛应用于各行各业，各种不同档次的产品已成为实现各种骨干网内部连接、骨干网间互联和骨干网与互联网互联互通业务的主力军。
路由和交换机之间的主要区别就是交换机发生在OSI参考模型第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。
这一区别决定了路由和交换机在移动信息的过程中需使用不同的控制信息，所以说两者实现各自功能的方式是不同的。
2.路由器（Router）又称网关设备（Gateway）是用于连接多个逻辑上分开的网络，所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网。
当数据从一个子网传输到另一个子网时，可通过路由器的路由功能来完成。
因此，路由器具有判断网络地址和选择IP路径的功能，它能在多网络互联环境中，建立灵活的连接，可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网，路由器只接受源站或其他路由器的信息，属网络层的一种互联设备。
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