中继器、集线器、网桥、交换机、路由器的对比

1问题引入

问题开始介绍之前应该先清楚两个概念:冲突域和广播域
  冲突域:在以太网中,如果某个CSMA/CD网络上的两台计算机在同时通信时会发生冲突,那么这个CSMA/CD网络就是一个冲突域。(数据链路层中使用的信道主要有点对点和广播两种信道,在使用广播信道的数据链路层中,就用爱遵循CSMA/CD协议,在使用广播信道的数据链路层中,在同一时间内就只能允许一台计算机发送,当有两个主机同时发送消息时,就会发生碰撞)。
  广播域:广播是一种信息的传播方式,指网络中的某一设备同时向网络中所有的其它设备发送数据,这个数据所能广播到的范围即为广播域(Broadcast Domain)。
  一般来说一个网段就是一个冲突域,一个局域网就是一个广播域。
  


   中继器、集线器、网桥、交换机、路由器的对比_第1张图片 中继器、集线器、网桥、交换机、路由器的对比_第2张图片
  

2设备介绍

2.1 物理层设备:中继器 集线器

中继器或集线器既不能隔离冲突域又不能隔离广播域,都属于物理层设备
  中继器:在我们接触到的网络中,最简单的就是两台电脑通过两块网卡构成“双机互连”,两块网卡之间一般是由非屏蔽双绞线来充当信号线的。由于双绞线在传输信号时信号功率会逐渐衰减,当信号衰减到一定程度时将造成信号失真,因此在保证信号质量的前提下,双绞线的最大传输距离为100米。当两台电脑之间的距离超过100米时,为了实现双机远距离互 连,人们便在这两台电脑之间安装一个“中继器”,它的作用就是将已经衰减得不完整的信号经过整理,重新产生出完整的信号再继续传送。谈到了这里那就再提下放大器,放大器和中继器都是起放大信号的作用,只不过放大器放大的是模拟信号,中继器放大的是数字信号。
  集线器:中继器就是普通集线器的前身,集线器实际就是一种多端口的中继器。集线器一般有4、8、16、24、32等数量的RJ45接口,通过这些接口,集线器便能为相应数量的电脑完成“中继”功能。由于它在网络中处于一种“中心”位置,因此集线器也叫做“Hub”。 集线器的工作原理很简单,假设有一个8个接口的集线器,共连接了8台电脑。集线器处于网络的“中心”,通过集线器对信号进行转发,8台电脑之间可以互连互通。具体通信过程是这样的:假如计算机1要将一条信息发送给计算机8,当计算机1的网卡将信息通过双绞线送到集线器上时,集线器并不会直接将信息送给计算机8,它会将信息进行“广播”——将信息同时发送给8个端口,当8个端口上的计算机接收到这条广播信息时,会对信息进行检查,如果发现该信息是发给自己的,则接收,否则不予理睬。由于该信息是计算机1发给计算机8的,因此最终计算机8会接收该信息,而其它7台电脑看完信息后,会因为信息不是自己的而不接收该信息,所以集线器所有端口都属于一个冲突域,故集线器不能分割冲突域。集线器在一个时钟周期中只能传输一组信息,如果一台集线器连接的机器数目较多,并且多台机器经常需要同时通信时,将导致集线器的工作效率很差,如发生信息堵塞、碰撞等。为什么会这样呢?打给比方,一个集线器连接8台计算机,当计算机1正在通过集线器发信息给计算机8时,如果此时计算机2也想通过集线器将信息发给计算机7,当它试图与集线器联系时,却发现集线器正在忙计算机1的事情,于是计算机2便会“带”着数据站在集线器的面前等待,并时时要求集线器停下计算机1的活来帮自己干。如果计算机2成功地将集线器“抢”过来了(由于集线器是“共享”的,因此很容易抢到手),此时正处于传输状态的计算机1的数据便会停止,于是计算机1也会去 “抢”集线器,可见,集线器上每个端口的真实速度除了与集线器的带宽有关外,与同时工作的设备数量也有关。比如说一个带宽为10Mb的集线器上连接了8台计算机,当这8台计算机同时工作时,则每台计算机真正所拥有的带宽是10/8=1.25Mb。

2.1 数据链路层设备:网桥 交换机

网桥或交换机只能隔离冲突域不能隔离广播域
  网桥:交换机的前身。
  交换机: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(这个端口跟HTTP里面的80端口不是一回事)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。

2.3 网络层设备:路由器

路由器既可以隔离冲突域又可以隔离广播域
  路由器(Router)是一种负责寻径的网络设备,它在互连网络中从多条路径中寻找通讯量最少的一条网络路径提供给用户通信。路由器用于连接多个逻辑上分开的网络。对用户提供最佳的通信路径,路由器利用路由表为数据传输选择路径,路由表包含网络地址以及各地址之间距离的清单,路由器利用路由表查找数据包从当前位置到目的地址的正确路径。路由器使用最少时间算法或最优路径算法来调整信息传递的路径,如果某一网络路径发生故障或堵塞,路由器可选择另一条路径,以保证信息的正常传输。路由器可进行数据格式的转换,成为不同协议之间网络互连的必要设备。 路由器使用寻径协议来获得网络信息,采用基于“寻径矩阵”的寻径算法和准则来选择最优路径。按照OSI参考模型,路由器是一个网络层系统。路由器分为单协议路由器和多协议路由器。
  现在路由器有发展成为有线路由器和无线路由器两种,无线路由器比有线路由器多了一个无线信号发送模块。当然现在像猎豹WiFi这些软件可以让无线网卡发送无线信号,从而达到实现WiFi的功能。

3 设备间的区别

3.1 路由器和交换机的区别

中继器、集线器、网桥、交换机、路由器的对比_第3张图片 路由器是连接不同的网段的,负责将局域网连接到广域网和互联网中,并找到网络中数据传输最合适的路径。大家通过同一个路由器上网共用一个宽带,上网要相互影响。简单的说路由器专管入网,交换机只管配送,路由就是给你找路让你上网的,交换机只负责开门,交换机上面要没有路由你是上不了网的。

3.2 集线器和交换机的区别

中继器、集线器、网桥、交换机、路由器的对比_第4张图片
交换机又称交换式集线器,它们俩很相似,都是基于MAC识别的,但是又有本质上的区别。
  数据传输:集线器工作的时候,如果局域网中的一台电脑要发送消息,则局域网内的所有电脑都可以接收到这个消息,安全性较差,而且每一次只能有一个发送,只有这个发送完毕其他电脑才能再发送,这称为半双工模式。而交换机有“记忆功能”,它能根据相应的MAC地址直接有目的的发送到目标电脑。但是如果向一台新的电脑发送消息,那么传输方式也将是广播,只有找到这台电脑, 并记住它的MAC地址后,以后才能直接发送给它。通过交换机连接的电脑可以同时发送消息互不影响,就像我们平时打电话一样,这称为全双工模式,传输速率比集线器大大提高。
   宽带占用上:通过集线器,所有的电脑都共享一个宽带,如果宽带是100M,有5台电脑,则每台电脑只有20M;如果通过交换机,则所有的电脑都是100M。
   通过比较可以发现,交换机与集线器相比有很大优势,所以现在基本上都用交换机,集线器已经渐渐被淘汰了。

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