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集線器、交換機(jī)、路由器，它們是如何工作的
1.什么是開關(guān)
交換機(jī)也稱為交換式集線器。它重新生成信息，并在內(nèi)部處理后轉(zhuǎn)發(fā)到指定的端口。它具有自動(dòng)尋址能力和切換功能。因?yàn)榻粨Q機(jī)發(fā)送的每一個(gè)信息包都是獨(dú)立的從源端口發(fā)送到目的端口，避免了與其他端口的沖突。廣義的交換機(jī)是通信系統(tǒng)中完成信息交換功能的設(shè)備。
二、開關(guān)的工作原理
在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，針對(duì)共享工作模式的弱點(diǎn)展開了轉(zhuǎn)換。集線器是共享工作模式的代表。如果把集線器比作郵遞員，那么郵遞員就是一個(gè)不識(shí)字的“傻瓜”——如果讓他去投遞一封信，他并不會(huì)根據(jù)信上的地址直接把信寄給收件人。只會(huì)把信分發(fā)給大家，然后讓收件人根據(jù)地址信息判斷是不是他的！交換機(jī)是一個(gè)“聰明”的郵遞員——交換機(jī)有一個(gè)高帶寬的后臺(tái)總線和一個(gè)內(nèi)部交換矩陣。交換機(jī)的所有端口都連接到這條后臺(tái)總線。當(dāng)控制電路接收到數(shù)據(jù)包時(shí)，處理端口會(huì)在內(nèi)存中查找地址對(duì)照表，以確定目的mac（網(wǎng)卡的硬件地址）的nic（網(wǎng)卡）。連接到哪個(gè)端口，數(shù)據(jù)包通過內(nèi)部交換矩陣快速傳送到目的端口。如果目標(biāo)mac 地址不存在，則交換機(jī)向所有端口廣播。收到端口響應(yīng)后，交換機(jī)會(huì)“學(xué)習(xí)”一個(gè)新的地址，并將其添加到內(nèi)部地址表中。
可見，當(dāng)交換機(jī)收到某網(wǎng)卡發(fā)來的“信件”時(shí)，會(huì)根據(jù)上述地址信息和自身?yè)碛械摹皯艨诒尽保焖賹⑿偶哆f給收件人。如果收件人的地址不在“戶口簿”上，交換機(jī)就會(huì)像集線器一樣把信件分發(fā)給所有人，然后找到收件人。找到收件人后，交易所會(huì)立即將此人的信息登記在“戶口簿”中，以便日后在為客戶服務(wù)時(shí)，能夠快速將信件送達(dá)。
三、開關(guān)的性能特點(diǎn)
1）獨(dú)享帶寬
因?yàn)榻粨Q機(jī)可以智能地根據(jù)地址信息將數(shù)據(jù)快速發(fā)送到目的地，所以它不會(huì)像集線器一樣在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)“打擾”那些非接收者。這樣交換機(jī)就可以同時(shí)在多個(gè)端口組之間傳輸數(shù)據(jù)。并且每個(gè)端口都可以看作是一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)段，相互通信的雙方可以獨(dú)立享受所有的帶寬，不與其他設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)使用。例如，當(dāng)主機(jī)a向主機(jī)d發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)b可以同時(shí)向主機(jī)c發(fā)送數(shù)據(jù)，并且兩次傳輸都享有網(wǎng)絡(luò)的全部帶寬——假設(shè)此時(shí)他們使用10mb的交換機(jī)，那么交換機(jī)的此時(shí)總吞吐量等于210mb=20mb。
2) 全雙工
當(dāng)交換機(jī)上的兩個(gè)端口進(jìn)行通信時(shí)，由于它們之間的通道相對(duì)獨(dú)立，因此可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。
一、路由器的作用
通過集線器或者交換機(jī)，我們可以用很多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成一個(gè)比較大的局域網(wǎng)，但是當(dāng)機(jī)器數(shù)量達(dá)到一定數(shù)量時(shí)，問題就出現(xiàn)了：對(duì)于集線器組成的局域網(wǎng)，由于“廣播”工作模式，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大時(shí)，信息在傳輸過程中的碰撞和擁塞越來越嚴(yán)重，即使對(duì)于交換機(jī)，這種情況也存在。其次，這種局域網(wǎng)不安全，不利于管理。
為了解決這些問題，人們將一個(gè)大的網(wǎng)絡(luò)劃分成小的子網(wǎng)和網(wǎng)段，或者直接劃分成多個(gè)vlan（虛擬局域網(wǎng)）。信息只能發(fā)送給具有相同vlan號(hào)的其他主機(jī)，其他vlan的成員不能接收這些信息或廣播幀。網(wǎng)絡(luò)劃分vlan后，可以有效抑制網(wǎng)絡(luò)中的廣播風(fēng)暴，增加網(wǎng)絡(luò)的安全性，集中管理和控制。
既然是局域網(wǎng)，那么不同vlan的主機(jī)之間需要互相通信怎么辦？這時(shí)候就必須要借助路由器（router，forwarder）來幫忙了。一臺(tái)路由器可以連接不同子網(wǎng)、不同網(wǎng)段、不同vlan的計(jì)算機(jī)，使它們可以自由通信。另外，我們都知道現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)有很多種結(jié)構(gòu)，不同的網(wǎng)絡(luò)使用的協(xié)議和速度也是不一樣的。當(dāng)兩個(gè)結(jié)構(gòu)不同的網(wǎng)絡(luò)需要互連時(shí)，也可以通過路由器來實(shí)現(xiàn)。路由器可以將兩個(gè)架構(gòu)相似或不同的局域網(wǎng)段連接起來，形成一個(gè)更大的局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)。
可見，路由器是連接多個(gè)網(wǎng)絡(luò)或網(wǎng)段的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。它可以在不同網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)段或vlan之間“翻譯”數(shù)據(jù)信息，使它們可以“讀取”彼此的數(shù)據(jù)。從而形成一個(gè)更大的網(wǎng)絡(luò)。
2. 路由器的工作原理
路由是通過互連網(wǎng)絡(luò)將信息從源位置移動(dòng)到目標(biāo)位置的活動(dòng)。那么路由器是如何進(jìn)行“翻譯”工作的呢？我們平時(shí)學(xué)習(xí)和翻譯英語的時(shí)候，肯定會(huì)準(zhǔn)備一本英漢詞典，用它來實(shí)現(xiàn)英漢之間的相互轉(zhuǎn)換。至于路由器，它也有這種翻譯的字典——路徑表。路由表（routing table）存儲(chǔ)了各種傳輸路徑的相關(guān)數(shù)據(jù)，如子網(wǎng)標(biāo)識(shí)信息、網(wǎng)絡(luò)中路由器的數(shù)量、下一個(gè)路由器的名稱等。路徑表可以由系統(tǒng)管理員固定設(shè)置，也可以由系統(tǒng)動(dòng)態(tài)修改，由路由器自動(dòng)調(diào)整，或由主機(jī)控制。
不同的子網(wǎng)和網(wǎng)段可以通過路由器互連，所以路由器不同于集線器和交換機(jī)。它們一般安裝在網(wǎng)絡(luò)的“骨干”部分，而不是像集線器和交換機(jī)那樣工作在基層。例如，大型企業(yè)局域網(wǎng)，基于管理、安全、性能等方面的考慮，一般會(huì)將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為多個(gè)vlan。這樣，vlan間通信就必須使用路由器。
對(duì)于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，它必須連接到互聯(lián)網(wǎng)。對(duì)于企業(yè)來說，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)一般通過租用中國(guó)電信的ddn專線或者使用adsl、cable、isdn等方式接入internet，此時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)所采用的協(xié)議和協(xié)議的不同，一個(gè)還需要路由器來完成企業(yè)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)互通。
點(diǎn)擊放大
一般來說，在路由過程中，信息至少會(huì)經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)。通常，人們會(huì)把路由和交換進(jìn)行對(duì)比，這主要是因?yàn)樵谄胀ㄓ脩艨磥韮烧咚鶎?shí)現(xiàn)的功能是完全一樣的。其實(shí)，路由和交換之間的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在osi參考模型的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層），而路由發(fā)生在第三層，即網(wǎng)絡(luò)層。這一區(qū)別決定了路由和交換在移動(dòng)信息的過程中需要使用不同的控制信息，所以兩者實(shí)現(xiàn)各自功能的方式是不同的。路由器通過路由決定數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略稱為路由選擇，這也是路由器名稱的由來。
三劍客的外觀比較
前面我們已經(jīng)講解了集線器、交換機(jī)、路由器的工作原理，但是對(duì)于很多初學(xué)者來說，有時(shí)也希望能夠從外觀上去區(qū)分它們。當(dāng)然，集線器、交換機(jī)、路由器在外觀上肯定有所區(qū)別，但這些往往只能作為參考信息，畢竟現(xiàn)在很多集線器、交換機(jī)與路由器產(chǎn)品在外觀上看非常相似。而這里面最難區(qū)分的就是普通桌面型的集線器與交換機(jī)，而路由器相對(duì)比較容易識(shí)別。
交換機(jī)和路由器
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