简述共享是集线器与交换机的异同点
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发布时间：2022-05-01 09:51
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时间：2022-05-18 08:54
交换机，集线器是当今局域网络的重要连接设备。
集线器（HUB）是计算机网络中连接多个计算机或其他设备的连接设备,是对网络进行集中管理的最小单元。
交换机的英文名称之为“Switch”，它是集线器的升级换代产品，从外观上来看的话，它与集线器基本上没有多大区别，都是带有多个端口的长方形盒状体。交换机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统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。
本文首先从交换机和集线器的概念和种类入手，从表面层次分析它们的区别，接着深入浅出从它们的OSI体系结构，工作方式，带宽以及性能等众多方面分析它们的不同之处。
本文的重点在对交换机和集线器的性能等本质问题上的分析，通过理论与实例将交换机和集线器的区别做了详细的论述。
综上所述，本文从外到内，由表面到本质充分的论述了交换机和集线器的区别之处。
关键字
概念 OSI体系结构 工作方式 工作机理 带宽占用方式
引言
在当今这个全球网络化的网络时代，网络已成为人类生活的必须。作为局域网组建的重要设备：交换机和集线器，都起着局域网的数据传送“枢纽”的作用。那么，交换机和集线器到底有什么区别？
所谓交换机其实是从集线器技术发展而来的。如果用最简单的语言叙述交换机与集线器的区别，那就应该是智能与非智能的差别。集线器说白了只是连接多个计算机的设备，它只能起到信号放大、传输的作用，但不能对信号中的碎片进行处理，所以在传输过程中非常容易出错。而交换机则可以看作是一种智能型的集线器，它除了包括集线器的所有特性外，还具有自动寻址、交换、处理的功能。并且在传递过程中，只有发送源与接受源独立工作，其间不与其它端口发生关系，从而达到防止数据丢失和提高吞吐量的目的。
下来我将从交换机与集线器的概念，种类，特点，OSI体系结构，工作方式等基本问题上对二者的区别进行分析说明。
1.交换机和集线器的概念
1.1.交换机交换机的英文名称之为“Switch”，它是集线器的升级换代产品，从外观上来看的话，它与集线器基本上没有多大区别，都是带有多个端口的长方形盒状体。交换机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统称。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。
1.2.集线器集线器（HUB）是计算机网络中连接多个计算机或其他设备的连接设备,是对网络进行集中管理的最小单元。英文HUB就是中心的意思,像树的主干一样,它是各分支的汇集点。许多种类型的网络都依靠集线器来连接各种设备并把数据分发到各个网段。HUB基本上是一个共享设备,其实质是一个中继器,主要提供信号放大和中转的功能,它把一个端口接收的全部信号向所有端口分发出去。
2.交换机和集线器的种类
交换机和集线器从不同的方面和角度有着不同的分类。
2.1.HUB集线器的种类
集线器有多种类型,各个种类具有特定的功能、提供不同等级的服务。
2.1.1.依据总线带宽的不同,HUB分为10M、100M和10M/100M自适应三种；若按配置形式的不同可分为独立型、模块化和堆叠式三种。
2.1.2.根据端口数目的不同主要有8口、16口和24口几种。
2.1.3.根据工作方式可分为智能型和非智能型两种。目前所使用的HUB基本是前三种分类的组合,如我们常在广告中看到的10M/100M自适应智能型、可堆叠式HUB等。
2.1.4.依据工作方式区分有较普遍的意义,可以进一步划分为被动集线器、主动集线器、智能集线器和交换集线器四种。
2．2.交换机的分类
2．2．1.按照现在复杂的网络构成方式，网络交换机被划分为接入层交换机、汇聚层交换机和核心层交换机。其中，核心层交换机全部采用机箱式模块化设计，目前已经基本都设计了与之相配备的1000BASE-T模块，核心层交换机的选购在本文中不做讨论。接入层支持1000BASE-T的以太网交换机基本上是固定端口式交换机，以10/100Mbps端口为主，并且以固定端口或扩展槽方式提供1000BASE-T的上连端口。汇聚层1000BASE-T交换机同时存在机箱式和固定端口式2种设计，可以提供多个1000BASE-T 端口，一般也可以提供1000BASE-X等其他形式的端口。接入层和汇聚层交换机共同构成完整的中小型局域网解决方案。
2．2．2. 按照OSI的7层网络模型，交换机又可以分为第二层交换机、第三层交换机、第四层交换机等等，一直到第七层交换机。基于MAC地址工作的第二层交换机最为普遍，用于网络接入层和汇聚层。基于IP地址和协议进行交换的第三层交换机普遍应用于网络的核心层，也少量应用于汇聚层。部分第3层交换机也同时具有第四层交换功能，可以根据数据帧的协议端口信息进行目标端口判断。第四层以上的交换机称之为内容型交换机，主要用于互联网数据中心，不在本文讨论范围之内。
2．2．3.按照交换机的可管理性，又可以分为可管理型交换机和非可管理型交换机，它们的区别在于对SNMP、RMON等网管协议的支持。可管理型交换机便于网络监控，但成本也相对较高。大中型网络在汇聚层应该选择可管理型交换机，在接入层视应用需要而定，核心层交换机全部是可管理型交换机。
3.交换机和集线器的特点
3.1．Hub的特点
在星型结构中，它是连接的中间结点，它起放大信号的作用。所有设备共享Hub的带宽，也就是说，如果hub的带宽是10M，连结了10了设备，每个设备就是1M，Hub所有端口共享一个MAC地址。
3.2．switch 的特点
用于星型结构时，它作为中心结点起放大信号的作用，端口不共享带宽，如果是一个10M的switch，那么每个端口的带宽就是10M，每个端口拥有自己的MAC地址。
交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流量控制。目前一些高档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，甚至有的还具有路由和防火墙的功能。
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。
它是一个网络设备，拥有路由器的一部分功能，它可以决定接收到的数据向什么地方发送，它的速度比路由器要快。
4.交换机和集线器的主要区别
通过从上面各方面的分析我们可以知道交换机和集线器的主要区别分为四个方面，分别是在OSI体系结构，数据传输方式，带宽占用方式和传输模式上。
4.1．OSI体系结构上的区别集线器属于OSI的第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。也就意味着集线器只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，对数据传输中的短帧、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。
4.2．数据传输方式上的区别
目前，80％的局域网（LAN）是以太网，在局域网中大量地使用了集线器（HUB）或交换机（Switch）这种连接设备。利用集线器连接的局域网叫共享式局域网，利用交换机连接的局域网叫交换式局域网。
4.2.1．工作方式不同我们先来谈谈网络中的共享和交换这两个概念。在此，我们打个比方，同样是10个车道的马路，如果没有给道路标清行车路线，那么车辆就只能在无序的状态下抢道或占道通行，容易发生交通堵塞和反向行驶的车辆对撞，使通行能力降低。为了避免上述情况的发生，就需要在道路上标清行车线，保证每一辆车各行其道、互不干扰。共享式网络就相当于前面所讲的无序状态，当数据和用户数量超出一定的限量时，就会造成碰撞冲突，使网络性能衰退。而交换式网络则避免了共享式网络的不足，交换技术的作用便是根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从端口送至目的端口,避免了与其它端口发生碰撞，提高了网络的实际吞吐量。
共享式以太网存在的主要问题是所有用户共享带宽，每个用户的实际可用带宽随网络用户数的增加而递减。这是因为当信息繁忙时，多个用户都可能同进“争用”一个信道，而一个通道在某一时刻只充许一个用户占用，所以大量的经常处于监测等待状态，致使信号在传送时产生抖动、停滞或失真，严重影响了网络的性能。
交换式以太网中，交换机供给每个用户专用的信息通道，除非两个源端口企图将信息同时发往同一目的端口，否则各个源端口与各自的目的端口之间可同时进行通信而不发生冲突。
4.2.2．工作机理不同集线器的工作机理是广播（broadcast），无论是从哪一个端口接收到什么类型的信包，都以广播的形式将信包发送给其余的所有端口，由连接在这些端口上的网卡（NIC）判断处理这些信息，符合的留下处理，否则丢弃掉，这样很容易产生广播风暴，当网络较大时网络性能会受到很大的影响。从它的工作状态看，HUB的执行效率比较低（将信包发送到了所有端口），安全性差（所有的网卡都能接收到，只是非目的地网卡丢弃了信包）。而且一次只能处理一个信包，在多个端口同时出现信包的时候就出现碰撞，信包按照串行进行处理，不适合用于较大的网络主干中。
交换机的工作就完全不同，它通过分析Ethernet包的包头信息（其中包含了原MAC地址、目标MAC地址、信息长度等），取得目标MAC地址后，查找交换机中存储的地址对照表（MAC地址对应的端口），确认具有此MAC地址的网卡连接在哪个端口上，然后仅将信包送到对应端口，有效的有效的抑制广播风暴的产生。
这就是Switch 同HUB最大的不同点。而Switch内部转发信包的背板带宽也远大于端口带宽，因此信包处于并行状态，效率较高，可以满足大型网络环境大量数据并行处理的要求。
4.3．带宽占用方式上的区别
集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有二个端口传送数据，其他端口只能等待，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，这样在速率上对于每个端口来说有了根本的保障。当二个端口工作时并不影响其他端口的工作，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。
4.4．传输模式上的区别
集线器只能采用半双工方式进行传输的，因为集线器是共享传输介质的，这样在上行通道上集线器一次只能传输一个任务，要么是接收数据，要么是发送数据。而交换机则不一样，它是采用全双工方式来传输数据的，因此在同一时刻可以同时进行数据的接收和发送，这不但令数据的传输速度大大加快，而且在整个系统的吞吐量方面交换机比集线器至少要快一倍以上，因为它可以接收和发送同时进行，实际上还远不止一倍，因为端口带宽一般来说交换机比集线器也要宽许多倍。
举个简单的例子，比如说让两组人同时给对方互相传输一个文件，从一个人传到另一个的时间为1分钟。如果是用集线器的话，需要的时间是4分钟。数据先从一个人传到对方那里，然后对方再传回来。接着才能是另一组做相同的工作，这样算下来就是4分钟。但是用交换机的话速度就快多了，在相同情况下只需要1分钟就足够了。由于每个端口都是独立的，所以这两组人可以同时传输数据，再因为交换机可以工作在全双工下，所以每两个人也可以同时传输，换句话说这4个人是在同一个时间内完成的工作。所以我们也可以把集线器和交换机的处理能力看做串行处理与并行处理。
5.总结
综上所述，集线器的功能只是一个多端口的转发器，无论从哪个端口传出来的讯号都会整形再生放大后向所有的端口广播出去，并且所有的端口都会挤用同一个共享信带的带宽，造成数据量大时所有端口的带宽大幅减少；而交换机相当于多端口桥，它为用户提供的是独占的点对点的连接，数据包只发向目的端口而不会向所有端口发送，这样减少了信号在网络发生碰撞，而且交换机上的所有端口均有独享的信道带宽。
交换机是继集线器基础上开发的一新的网络连接设备，拥有着更好更强大的功能和优点，而且还有着很高的性价比，更适应当今网络的需求。通过以上分析，我们不难看出交换机与集线器相比的明显优势。我相信在不久的以后交换机将会彻底替代集线器。
