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集線器、交換機和路由器通俗點的解釋

2020-03-15 14:36:29
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來源：轉載
供稿：網友
集線器（HUB）屬于數據通信系統中的基礎設備，它和雙絞線等傳輸介質一樣，是一種不需任何軟件支持或只需很少管理軟件管理的硬件設備。

它被廣泛應用到各種場合。集線器工作在局域網(LAN)環境，像網卡一樣，應用于OSI參考模型第一層，因此又被稱為物理層設備。集線器內部采用了電器互聯，當維護LAN的環境是邏輯總線或環型結構時，完全可以用集線器建立一個物理上的星型或樹型網絡結構。它的作用可以簡單的理解為將一些機器連接起來組成一個局域網。

交換機(Switch)是一種基于MAC（網卡的硬件地址）識別，能完成封裝轉發數據包功能的網絡設備。

交換機也叫交換式集線器，它通過對信息進行重新生成，并經過內部處理后轉發至指定端口，具備自動尋址能力和交換作用，由于交換機根據所傳遞信息包的目的地址，將每一信息包獨立地從源端口送至目的端口，避免了和其他端口發生碰撞，因此，交換機可以同時互不影響的傳送這些信息包，并防止傳輸碰撞，提高了網絡的實際吞吐量。

現在的交換機分為：二層交換機，三層交換機或是更高層的交換機。三層交換機同樣可以有路由的功能，而且比低端路由器的轉發速率更快。它的主要特點是：一次路由，多次轉發。

路由器(Router)亦稱選徑器，是一種連接多個網絡或網段的網絡設備，它能將不同網絡或網段之間的數據信息進行“翻譯”，以使它們能夠相互“讀”懂對方的數據，從而構成一個更大的網絡是在網絡層實現互連的設備。

所謂“路由”，是指把數據從一個地方傳送到另一個地方的行為和動作，而路由器，正是執行這種行為動作的機器，是使用一種或者更多度量因素的網絡層設備，它決定網絡通信能夠通過的最佳路徑。路由器依據網絡層信息將數據包從一個網絡前向轉發到另一個網絡。

它比網橋更加復雜，也具有更大的靈活性。路由器有更強的異種網互連能力，連接對象包括局域網和廣域網。

路由器有兩大典型功能，即數據通道功能和控制功能。數據通道功能包括轉發決定、背板轉發以及輸出鏈路調度等，一般由特定的硬件來完成；控制功能一般用軟件來實現，包括與相鄰路由器之間的信息交換、系統配置、系統管理等。

打個比方，變壓器就像路由器，插座就像交換機。

從發電廠出來的電，是不能直接使用的，要經過變壓器調整一次才能使用，同理互聯網的IP地址是有限的，你要用路由器接入，將自己內網中的電腦使用的私有的IP地址轉換成互聯網上公有的IP地址來與互聯網進行訪問。私有IP地址是不能訪問互聯網的，必須使用路由器。

如果墻面上有一個電源插孔，你有兩個用電器，怎么辦，使用多孔的插座，交換機就充當的這個角色。增加接口的數量。

路由器主要克服了交換機不能路由轉發數據包的不足。

交換機和集線器的區別：

1. 從OSI體系結構來看，集線器屬于OSI的第一層物理層設備，交換機屬于OSI的第二層數據鏈路層設備。

集線器只是對數據的傳輸起到同步、放大和整形的作用，對數據傳輸中的短幀、碎片等無法有效處理，不能保證數據傳輸的完整性和正確性；而交換機不但可以對數據的傳輸做到同步、放大和整形，而且可以過濾短幀、碎片等。

2. 從工作方式來看，集線器是一種廣播模式，也就是說集線器的某個端口工作的時候其他所有端口都有收聽到信息，容易產生廣播風暴。交換機工作的時候只有發出請求的端口和目的端口之間相互響應而不影響其他端口，那么交換機就能夠隔離沖突域和有效地抑制廣播風暴的產生。

3. 從帶寬來看，集線器共享帶寬，交換機獨享帶寬。

集線器不管有多少個端口，所有端口都共享一條帶寬，在同一時刻只能有兩個端口傳送數據，其他端口只能等待；同時集線器只能工作在半雙工模式下。而對于交換機而言，每個端口都有一條獨占的帶寬，當兩個端口工作時并不影響其他端口的工作，同時交換機不但可以工作在半雙工模式下也可以工作在全雙工模式下。

路由器與交換機主要區別：

1. 工作層次不同

最初的的交換機是工作在OSI／RM開放體系結構的數據鏈路層（第二層），工作原理比較簡單。而路由器一開始就設計工作在OSI模型的網絡層（第三層），可以得到更多的協議信息，路由器可以做出更加智能的轉發決策。

2. 數據轉發所依據的對象不同

交換機是利用物理地址或者說MAC地址來確定轉發數據的目的地址。路由器是利用不同網絡的ID號（即IP地址）來確定數據轉發的地址。

IP地址是在軟件中實現的，描述的是設備所在的網絡，有時這些第三層的地址也稱為協議地址或者網絡地址，通常由網絡管理員或系統自動分配。MAC地址通常是硬件自帶的，由網卡生產商來分配的，而且已經固化到了網卡中去，一般來說是不可更改的。

3. 傳統的交換機只能分割沖突域，不能分割廣播域；而路由器可以分割廣播域

交換機連接的網段屬于同一個廣播域，廣播數據包會在交換機連接的所有網段上傳播，在某些情況下會導致通信擁擠和安全漏洞。連接到路由器上的網段會被分配成不同的廣播域，廣播數據不會穿過路由器。

雖然第三層以上交換機具有VLAN（虛擬局域網）功能，也可以分割廣播域，但是各子廣播域之間是不能通信交流的，它們之間的交流仍然需要路由器。

4. 路由器提供了防火墻的服務

路由器僅僅轉發特定地址的數據包，不傳送不支持路由協議的數據包傳送和未知目標網絡數據包的傳送，從而可以防止廣播風暴。

交換機一般用于LAN-WAN的連接，交換機歸于網橋，是數據鏈路層的設備，有些交換機也可實現第三層的交換。（LAN 是局域網，WAN 是廣域網）

路由器用于WAN-WAN之間的連接，可以解決異性網絡之間轉發分組，作用于網絡層。他們只是從一條線路上接受輸入分組，然后向另一條線路轉發。這兩條線路可能分屬于不同的網絡，并采用不同協議。

相比較而言，路由器的功能較交換機要強大，但速度相對也慢，價格昂貴，第三層交換機既有交換機線速轉發報文能力，又有路由器良好的控制功能，因此得以廣泛應用。

VLAN（Virtual Local Area Network）的中文名為"虛擬局域網"。VLAN是一種將局域網設備從邏輯上劃分成一個個網段，從而實現虛擬工作組的新興數據交換技術。

PS：比較HUB和SWITCH的區別，在數據的傳輸過程中。因為阻塞，延時等原因。將會出現短幀，碎片等。從ISO物理體系上看出，HUB屬于物理層的設備。物理層提供基本的機制，該機制對二進制數據（位）進行編碼（發送到物理介質）和解碼（從物理介質接收），物理層也定義與介質的物理連接機制，但不是介質本身。所以HUB只對數據進行單一的同步，放大，整形作用，而對數據過程中的短幀，碎片無法進行處理。

SWITCH工作在數據鏈路層。該層提供了一個由信息位組成的幀（Frame），幀由一個包含起始標志的報頭或報頭位，尋址信息和（對于LAN）一個32位的循環冗余碼（CRC）組成。CRC的作用是在信息位穿過物理介質時保證幀的完整性。數據鏈路層還提供鏈路的管理。對于以太網，在通道空閑時傳送幀,在檢測到沖突時停止。在令牌環網中。當接收到一個自由的令牌時進行幀的傳送。所以交換機不但可以對數據進行同步，放大，整形，還能有效的過濾短幀、碎片。
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