網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ):認(rèn)識交換機(jī)和集線器的區(qū)別（1）

http://hb.QQ.com　 2010年04月01日01:09 　 IT168　 　

　　在當(dāng)今這個全球網(wǎng)絡(luò)化的網(wǎng)絡(luò)時代，網(wǎng)絡(luò)已成為人類生活的必須。作為局域網(wǎng)組建的重要設(shè)備：交換機(jī)和集線器，都起著局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳送“樞紐”的作用。那么，交換機(jī)和集線器到底有什么區(qū)別?

　　所謂交換機(jī)其實是從集線器技術(shù)發(fā)展而來的。如果用最簡單的語言敘述交換機(jī)與集線器的區(qū)別，那就應(yīng)該是智能與非智能的差別。集線器說白了只是連接多個計算機(jī)的設(shè)備，它只能起到信號放大、傳輸?shù)淖饔?，但不能對信號中的碎片進(jìn)行處理，所以在傳輸過程中非常容易出錯。而交換機(jī)則可以看作是一種智能型的集線器，它除了包括集線器的所有特性外，還具有自動尋址、交換、處理的功能。并且在傳遞過程中，只有發(fā)送源與接受源獨(dú)立工作，其間不與其它端口發(fā)生關(guān)系，從而達(dá)到防止數(shù)據(jù)丟失和提高吞吐量的目的。

　　下來我將從交換機(jī)與集線器的概念、種類、特點(diǎn)、OSI體系結(jié)構(gòu)、工作方式等基本問題上對二者的區(qū)別進(jìn)行分析說明。

　　1.交換機(jī)和集線器的概念

　　1.1 交換機(jī)交換機(jī)的英文名稱之為“Switch”，它是集線器的升級換代產(chǎn)品，從外觀上來看的話，它與集線器基本上沒有多大區(qū)別，都是帶有多個端口的長方形盒狀體。交換機(jī)是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設(shè)備自動完成的方法把要傳輸?shù)男畔⑺偷椒弦蟮南鄳?yīng)路由上的技術(shù)統(tǒng)稱。廣義的交換機(jī)就是一種在通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。

　　1.2 集線器集線器(HUB)是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中連接多個計算機(jī)或其他設(shè)備的連接設(shè)備,是對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中管理的最小單元。英文HUB就是中心的意思,像樹的主干一樣,它是各分支的匯集點(diǎn)。許多種類型的網(wǎng)絡(luò)都依靠集線器來連接各種設(shè)備并把數(shù)據(jù)分發(fā)到各個網(wǎng)段。HUB基本上是一個共享設(shè)備,其實質(zhì)是一個中繼器,主要提供信號放大和中轉(zhuǎn)的功能,它把一個端口接收的全部信號向所有端口分發(fā)出去。

　　2.交換機(jī)和集線器的種類

　　交換機(jī)和集線器從不同的方面和角度有著不同的分類。

　　2.1 HUB集線器的種類

　　集線器有多種類型,各個種類具有特定的功能、提供不同等級的服務(wù)。

　　2.1.1 依據(jù)總線帶寬的不同,HUB分為10M、100M和10M/100M自適應(yīng)三種;若按配置形式的不同可分為獨(dú)立型、模塊化和堆疊式三種。

　　2.1.2 根據(jù)端口數(shù)目的不同主要有8口、16口和24口幾種。

　　2.1.3 根據(jù)工作方式可分為智能型和非智能型兩種。目前所使用的HUB基本是前三種分類的組合,如我們常在廣告中看到的10M/100M自適應(yīng)智能型、可堆疊式HUB等。

　　2.1.4 依據(jù)工作方式區(qū)分有較普遍的意義,可以進(jìn)一步劃分為被動集線器、主動集線器、智能集線器和交換集線器四種。

　　2.2 交換機(jī)的分類

　　2.2.1 按照現(xiàn)在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成方式，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)被劃分為接入層交換機(jī)、匯聚層交換機(jī)和核心層交換機(jī)。其中，核心層交換機(jī)全部采用機(jī)箱式模塊化設(shè)計，目前已經(jīng)基本都設(shè)計了與之相配備的1000BASE-T模塊，核心層交換機(jī)的選購在本文中不做討論。接入層支持1000BASE-T的以太網(wǎng)交換機(jī)基本上是固定端口式交換機(jī)，以10/100Mbps端口為主，并且以固定端口或擴(kuò)展槽方式提供1000BASE-T的上連端口。匯聚層1000BASE-T交換機(jī)同時存在機(jī)箱式和固定端口式2種設(shè)計，可以提供多個1000BASE-T 端口，一般也可以提供1000BASE-X等其他形式的端口。接入層和匯聚層交換機(jī)共同構(gòu)成完整的中小型局域網(wǎng)解決方案。

　　2.2.2 按照OSI的7層網(wǎng)絡(luò)模型，交換機(jī)又可以分為第二層交換機(jī)、第三層交換機(jī)、第四層交換機(jī)等等，一直到第七層交換機(jī)?；?span lang=EN-US>MAC地址工作的第二層交換機(jī)最為普遍，用于網(wǎng)絡(luò)接入層和匯聚層。基于IP地址和協(xié)議進(jìn)行交換的第三層交換機(jī)普遍應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的核心層，也少量應(yīng)用于匯聚層。部分第3層交換機(jī)也同時具有第四層交換功能，可以根據(jù)數(shù)據(jù)幀的協(xié)議端口信息進(jìn)行目標(biāo)端口判斷。第四層以上的交換機(jī)稱之為內(nèi)容型交換機(jī)，主要用于互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心，不在本文討論范圍之內(nèi)。

　　2.2.3 按照交換機(jī)的可管理性，又可以分為可管理型交換機(jī)和非可管理型交換機(jī)，它們的區(qū)別在于對SNMP、RMON等網(wǎng)管協(xié)議的支持。可管理型交換機(jī)便于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控，但成本也相對較高。大中型網(wǎng)絡(luò)在匯聚層應(yīng)該選擇可管理型交換機(jī)，在接入層視應(yīng)用需要而定，核心層交換機(jī)全部是可管理型交換機(jī)。

　　3.交換機(jī)和集線器的特點(diǎn)

　　3.1 Hub的特點(diǎn)

　　在星型結(jié)構(gòu)中，它是連接的中間結(jié)點(diǎn)，它起放大信號的作用。所有設(shè)備共享Hub的帶寬，也就是說，如果hub的帶寬是10M，連結(jié)了10了設(shè)備，每個設(shè)備就是1M，Hub所有端口共享一個MAC地址。

　　3.2 switch 的特點(diǎn)

　　用于星型結(jié)構(gòu)時，它作為中心結(jié)點(diǎn)起放大信號的作用，端口不共享帶寬，如果是一個10M的switch，那么每個端口的帶寬就是10M，每個端口擁有自己的MAC地址。

　　交換機(jī)的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、錯誤校驗、幀序列以及流量控制。目前一些高檔交換機(jī)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，甚至有的還具有路由和防火墻的功能。

　　交換機(jī)除了能夠連接同種類型的網(wǎng)絡(luò)之外，還可以在不同類型的網(wǎng)絡(luò)(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(jī)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(luò)中的其它交換機(jī)或者為帶寬占用量大的關(guān)鍵服務(wù)器提供附加帶寬。

　　它是一個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，擁有路由器的一部分功能，它可以決定接收到的數(shù)據(jù)向什么地方發(fā)送，它的速度比路由器要快。

　　4.交換機(jī)和集線器的主要區(qū)別

　　通過從上面各方面的分析我們可以知道交換機(jī)和集線器的主要區(qū)別分為四個方面，分別是在OSI體系結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)傳輸方式，帶寬占用方式和傳輸模式上。

　　4.1 OSI體系結(jié)構(gòu)上的區(qū)別集線器屬于OSI的第一層物理層設(shè)備，而交換機(jī)屬于OSI的第二層數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)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(jìn)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(jī)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。

　　4.2 數(shù)據(jù)傳輸方式上的區(qū)別

　　目前，80%的局域網(wǎng)(LAN)是以太網(wǎng)，在局域網(wǎng)中大量地使用了集線器(HUB)或交換機(jī)(Switch)這種連接設(shè)備。利用集線器連接的局域網(wǎng)叫共享式局域網(wǎng)，利用交換機(jī)連接的局域網(wǎng)叫交換式局域網(wǎng)。

　　4.2.1 工作方式不同我們先來談?wù)劸W(wǎng)絡(luò)中的共享和交換這兩個概念。在此，我們打個比方，同樣是10個車道的馬路，如果沒有給道路標(biāo)清行車路線，那么車輛就只能在無序的狀態(tài)下?lián)尩阑蛘嫉劳ㄐ?，容易發(fā)生交通堵塞和反向行駛的車輛對撞，使通行能力降低。為了避免上述情況的發(fā)生，就需要在道路上標(biāo)清行車線，保證每一輛車各行其道、互不干擾。共享式網(wǎng)絡(luò)就相當(dāng)于前面所講的無序狀態(tài)，當(dāng)數(shù)據(jù)和用戶數(shù)量超出一定的限量時，就會造成碰撞沖突，使網(wǎng)絡(luò)性能衰退。而交換式網(wǎng)絡(luò)則避免了共享式網(wǎng)絡(luò)的不足，交換技術(shù)的作用便是根據(jù)所傳遞信息包的目的地址，將每一信息包獨(dú)立地從端口送至目的端口,避免了與其它端口發(fā)生碰撞，提高了網(wǎng)絡(luò)的實際吞吐量。

　　共享式以太網(wǎng)存在的主要問題是所有用戶共享帶寬，每個用戶的實際可用帶寬隨網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)的增加而遞減。這是因為當(dāng)信息繁忙時，多個用戶都可能同進(jìn)“爭用”一個信道，而一個通道在某一時刻只充許一個用戶占用，所以大量的經(jīng)常處于監(jiān)測等待狀態(tài)，致使信號在傳送時產(chǎn)生抖動、停滯或失真，嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)的性能。

　　交換式以太網(wǎng)中，交換機(jī)供給每個用戶專用的信息通道，除非兩個源端口企圖將信息同時發(fā)往同一目的端口，否則各個源端口與各自的目的端口之間可同時進(jìn)行通信而不發(fā)生沖突。

　　4.2.2 工作機(jī)理不同集線器的工作機(jī)理是廣播(broadcast)，無論是從哪一個端口接收到什么類型的信包，都以廣播的形式將信包發(fā)送給其余的所有端口，由連接在這些端口上的網(wǎng)卡(NIC)判斷處理這些信息，符合的留下處理，否則丟棄掉，這樣很容易產(chǎn)生廣播風(fēng)暴，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)較大時網(wǎng)絡(luò)性能會受到很大的影響。從它的工作狀態(tài)看，HUB的執(zhí)行效率比較低(將信包發(fā)送到了所有端口)，安全性差(所有的網(wǎng)卡都能接收到，只是非目的地網(wǎng)卡丟棄了信包)。而且一次只能處理一個信包，在多個端口同時出現(xiàn)信包的時候就出現(xiàn)碰撞，信包按照串行進(jìn)行處理，不適合用于較大的網(wǎng)絡(luò)主干中。

　　交換機(jī)的工作就完全不同，它通過分析Ethernet包的包頭信息(其中包含了原MAC地址、目標(biāo)MAC地址、信息長度等)，取得目標(biāo)MAC地址后，查找交換機(jī)中存儲的地址對照表(MAC地址對應(yīng)的端口)，確認(rèn)具有此MAC地址的網(wǎng)卡連接在哪個端口上，然后僅將信包送到對應(yīng)端口，有效的有效的抑制廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。

　　這就是Switch 同HUB最大的不同點(diǎn)。而Switch內(nèi)部轉(zhuǎn)發(fā)信包的背板帶寬也遠(yuǎn)大于端口帶寬，因此信包處于并行狀態(tài)，效率較高，可以滿足大型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境大量數(shù)據(jù)并行處理的要求。

　　4.3 帶寬占用方式上的區(qū)別

　　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(jī)而言，每個端口都有一條獨(dú)占的帶寬，這樣在速率上對于每個端口來說有了根本的保障。當(dāng)二個端口工作時并不影響其他端口的工作，同時交換機(jī)不但可以工作在半雙工模式下而且可以工作在全雙工模式下。

　　4.4 傳輸模式上的區(qū)別

　　集線器只能采用半雙工方式進(jìn)行傳輸?shù)模驗榧€器是共享傳輸介質(zhì)的，這樣在上行通道上集線器一次只能傳輸一個任務(wù)，要么是接收數(shù)據(jù)，要么是發(fā)送數(shù)據(jù)。而交換機(jī)則不一樣，它是采用全雙工方式來傳輸數(shù)據(jù)的，因此在同一時刻可以同時進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送，這不但令數(shù)據(jù)的傳輸速度大大加快，而且在整個系統(tǒng)的吞吐量方面交換機(jī)比集線器至少要快一倍以上，因為它可以接收和發(fā)送同時進(jìn)行，實際上還遠(yuǎn)不止一倍，因為端口帶寬一般來說交換機(jī)比集線器也要寬許多倍。

　　舉個簡單的例子，比如說讓兩組人同時給對方互相傳輸一個文件，從一個人傳到另一個的時間為1分鐘。如果是用集線器的話，需要的時間是4分鐘。數(shù)據(jù)先從一個人傳到對方那里，然后對方再傳回來。接著才能是另一組做相同的工作，這樣算下來就是4分鐘。但是用交換機(jī)的話速度就快多了，在相同情況下只需要1分鐘就足夠了。由于每個端口都是獨(dú)立的，所以這兩組人可以同時傳輸數(shù)據(jù)，再因為交換機(jī)可以工作在全雙工下，所以每兩個人也可以同時傳輸，換句話說這4個人是在同一個時間內(nèi)完成的工作。所以我們也可以把集線器和交換機(jī)的處理能力看做串行處理與并行處理。

　　5.總結(jié)

　　綜上所述，集線器的功能只是一個多端口的轉(zhuǎn)發(fā)器，無論從哪個端口傳出來的訊號都會整形再生放大后向所有的端口廣播出去，并且所有的端口都會擠用同一個共享信帶的帶寬，造成數(shù)據(jù)量大時所有端口的帶寬大幅減少;而交換機(jī)相當(dāng)于多端口橋，它為用戶提供的是獨(dú)占的點(diǎn)對點(diǎn)的連接，數(shù)據(jù)包只發(fā)向目的端口而不會向所有端口發(fā)送，這樣減少了信號在網(wǎng)絡(luò)發(fā)生碰撞，而且交換機(jī)上的所有端口均有獨(dú)享的信道帶寬。

　　交換機(jī)是繼集線器基礎(chǔ)上開發(fā)的一新的網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備，擁有著更好更強(qiáng)大的功能和優(yōu)點(diǎn)，而且還有著很高的性價比，更適應(yīng)當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)的需求。通過以上分析，我們不難看出交換機(jī)與集線器相比的明顯優(yōu)勢。我相信在不久的以后交換機(jī)將會徹底替代集線器。