集线器、交换机、路由器的区别与联系.doc

集线器（Hub）、交换机（Switch）与路由器（Router）之间的区别和联系集线器集线器也叫Hub，工作在物理层（最底层），没有匹配的软件系统，是纯硬件设备。集线器主要用来连接计算机等网络终端。集线器为共享带宽，连接在集线器上的任何一个设备发送数据时，其他所有设备必须等待，此设备享有全部带宽，通讯完毕，再由其他设备使用带宽。正因此，集线器连接了一个冲突的网络。所有设备相互交替使用，就好像大家一起过一根独木桥一样。集线器不能判断数据包的目的和类型，所以如果是广播数据包也依然转发，而且所有设备发出数据以广播方式发送到每个接口，这样集线器也连接了一个广播域的网络。交换机交换机Switch，工作在数据链路层（第二层），稍微高端一点的交换机都有一个操作系统来支持。和集线器一样主要用于连接计算机等网络终端设备。交换机比集线器更加先进，允许连接在交换机上的设备并行通讯，好比高速公路上的汽车并行行驶一般，设备间通讯不会发生冲突，因此交换机打破了冲突域，交换机每个接口是一个冲突域，不会与其他接口发生通讯冲突。并且有系统的交换机可以记录MAC地址表，发送数据不会以广播的方式发送到每个接口，而是直接到目的接口，节省了接口带宽。但是交换机和集线器一样不能判断广播数据包，会把广播发送到全部接口，所以交换机和集线器一样连接了一个广播域网络。高端一点的交换机不进可以记录MAC地址表，还可以划分VLAN（虚拟局域网）来隔离广播，但是VLAN间也同样不能通讯。要使VLAN间能够通讯，必须有三层设备介入。路由器路由器Router，工作在网络层（第三层），所有路由器都有自己的操作系统来维持，并且需要人员调试，否则不能工作。路由器没有那么多接口，主要用来进行网络与网络的连接。简单的说路由器把数据从一个网络发送到另一个网络，这个过程就叫路由。路由器不仅能像交换机一样隔离冲突域，而且还能检测广播数据包，并丢弃广播包来隔离广播域，有效的扩大了网络的规模。在路由器中记录着路由表，路由器以此来转发数据，以实现网络间的通讯。路由器的介入可以交换机划分的VLAN实现互相通讯。集线器（Hub）是一种特殊的中继器，可作为多个网段的转接设备，因为几个集线器可以级联起来。智能集线器，还可将网络管理、路径选择等网络功能集成于其中。 集线器是管理网络的最小单元，是局域网的星型连接点。它对工作站进行集中管理，不让出问题的区段影响整个网络的正常运行。Hub是局域网中应用最广的连接设备，目前若按配置形式可分为独立型集线器、模块化集线器和堆叠式集线器三种，它的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网。中继器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。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”。集线器按结构分类按结构和功能分类，集线器可分为未管理的集线器、堆叠式集线器和底盘集线器三类。从局域网角度来区分，集线器可分为五种不同类型。 单中继网段集线器、多网段集线器、端口交换式集线器、网络互联集线器、交换式集线器集线器配置示意图交换机的工作原理： 在计算机网络系统中，交换机是针对共享工作模式的弱点而推出的。集线器是采用共享工作模式的代表，如果把集线器比作一个邮递员，那么这个邮递员是个不认识字的“傻瓜”-要他去送信，他不知道直接根据信件上的地址将信件送给收信人，只会拿着信分发给所有的人，然后让接收的人根据地址信息来判断是不是自己的!而交换机则是一个“聪明”的邮递员-交换机拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，当控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在，交换机才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部地址表中。现在的主流交换机有：Cisco 的交换机产品以“Catalyst ”为商标，包含1900 、2800 、2900 、3500 、4000 、5000 、5500 、6000 、8500 等十多个系列。总的来说，这些交换机可以分为两类： 一类是固定配置交换机 ，包括3500 及以下的大部分型号，比如1924 是24 口10M 以太交换机，带两个100M 上行端口。除了有限的软件升级之外，这些交换机不能扩展； 另一类是模块化交换机 ，主要指4000 及以上的机型，网络设计者可以根据网络需求，选择不同数目和型号的接口板、电源模块及相应的软件。 选择设备时，许多人对长长的产品型号十分头疼。其实， Cisco 对产品的命名有一定之规。就Catalyst 交换机来说，产品命名的格式如下: Catalyst NN XX -C -M -A/-EN 其中，NN 是交换机的系列号，XX 对于固定配置的交换机来说是端口数，对于模块化交换机来说是插槽数，有-C 标志表明带光纤接口，-M 表示模块化，-A 和-EN 分别是指交换机软件是标准板或企业版。 目前，网络集成项目中常见的Cisco 交换机有以下几个系列，1900/2900 系列、3500 系列、6500 系列。他们分别使用在网络的低端、中端和高端。下面分别介绍一下这几个系列的产品： 1 、低端产品 先说一下低端的产品，1900 和2900 是低端产品的典型。其实在低端交换机市场上，Cisco 并不占特别的优势，因为3Com 、Dlink 等公司的产品具有更好的性能价格比。 1900 交换机适用于网络末端的桌面计算机接入，是一款典型的低端产品。它提供12 或24 个10M 端口及2 个100M 端口，其中100M 端口支持全双工通讯，可提供高达200Mbps 的端口带宽。机器的背板带宽是320Mbps 。 2 、中端产品 再来看中端产品，中端产品中3500 系列使用广泛，很有代表性。 C3500 系列交换机的基本特性包括背板带宽高达10Gbps ，转发速率7.5Mpps ，它支持250 个VLAN ，支持IEEE 802.1Q 和ISL Trunking, 支持CGMP 网/ 千兆以太网交换机， 可选冗余电源等等。不过C3500 的最大特性在于管理和千兆。 管理特性方面， C3500 实现了Cisco 的交换集群技术，可以将16 个C3500 ，C2900 ，C1900 系列的交换机互联，并通过一个IP 地址进行管理。利用C3500 内的Cisco Visual Switch Manager ( CVSM )软件还可以方便地通过浏览器对交换机进行设置和管理。 千兆特性方面， C3500 全面支持千兆接口卡( GBIC )。目前GBIC 有三种1000BaseSx ，适用于多模光纤，最长距离550m ; 1000BaseLX/LH ，多模/ 单模光纤都适用，最长距离10km ; 1000BaseZX 适用于单模光纤，最长距离100km 。 C3500 主要有4 种型号： Catalyst 3508G XL : 8 口GBIC 插槽 Catalyst 3512 XL : 12 口10/100M 自适应，2 口GBIC 插槽 Catalyst 3524 XL : 24 口10/100M 自适应，2 口GBIC 插槽 Catalyst 3548 XL : 48 口10/100M 自适应，2 口GBIC 插槽 3 、高端产品 最后，介绍一下高端的产品。对于企业数据网来说，C6000 系列替代了原有的C5000 系列，是最常用的产品。 Catalyst 6000 系列交换机为园区网提供了高性能、多层交换的解决方案，专门为需要千兆扩展、可用性高、多层交换的应用环境设计，主要面向园区骨干连接等场合。 Catalyst 6000 系列是由Catalyst 6000 和Catalyst 6500 两种型号的交换机构成，都包含6 个或9 个插槽型号，分别为6006 、6009 、6506 和6509 ，其中，尤以6509 使用最为广泛。所有型号支持相同的超级引擎、相同的接口模块，保护了用户的投资。这一系列的特性主要包括： 端口密度大。支持多达 384 个10/100BaseTx 自适应以太网口，192 个100BaseFX 光纤快速以太网口，以及130 个千兆以太网端口( GBIC 插槽)。 速度快 。C6500 的交换背板可扩展到256 Gbps ，多层交换速度可扩展到150 Mbps 。C6000 的交换背板带宽32 Gbps ，多层交换速率30 Mbps 。支持多达8 个快速/ 千兆以太网口利用以太网通道技术( Fast EtherChannel ，FEC 或Gigabit EtherChannel ，GEC )连接, 在逻辑上实现了16 Gbps 的端口速率，还可以跨模块进行端口聚合实现。 多层交换 。C6000 系列的多层交换模块可以进行线速的IP ，IPX 和 and IP-multicast 路由。 容错性能好。 C6000 系列带有冗余超级引擎，冗余负载均衡电源，冗余风扇，冗余系统时钟，冗余上连，冗余的交换背板(仅对C6500 系列)，实现了系统的高可用性。 丰富的软件特性 。C6000 软件支持丰富的协议，包括NetFlow 、VTP(VLAN Trunking Protocol) 、VQP(VLAN Query Protocol) 、ISL Trunking 、HSRP(Hot Standby Router Protocol) 、Port Security 、TACACS 、CGMP(Cisco Group Management Protocol) 、IGMP 等等。 路由器的工作原理： 所谓路由就是指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动。路径表（Routing Table）保存着各种传输路径的相关数据，如子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。 通过路由器可以让不同子网、网段进行互连，因此路由器与集线器、交换机不同，它一般安装在网络的“骨干”部位，而不像集线器、交换机那样工作在基层。比如说一个较大规模的企业局域网，基于管理、安全、性能的考虑，一般都会将整个网络划分为多个VLAN，如此一来，当VLAN与VLAN之间进行通讯时，就必须使用路由器。 对于该企业网而言，肯定还需要与互联网相连，对于企业而言，一般都是通过租用电信的DDN专线或者利用ADSL、Cable、ISDN等方式将企业网接入互联网，而此时由于网络体系及所用协议的不同，也需要路由器来完成企业网与互联网的互连工作。 一般来说，在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间节点。通常，人们会把路由和交换进行对比，这主要是因为在普通用户看来两者所实现的功能是完全一样的。其实，路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。这一区别决定了路由和交换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择，这也是路由器名称的由来。集线器与交换机的区别：（1）工作原理来看，交换机和集线器是有很大差别的。首先，从OSI体系结构来看，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。（2）工作方式来看，集线器采用一种“广播”模式，因此很容易产生“广播风暴”，当网络规模较大时性能会受到很大的影响。而当交换机工作的时候，只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口，因此交换机能够在一定程度上隔离冲突域和有效抑制“广播风暴”的产生。（3）从带宽来看，集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口传送数据，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，当两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）在语言叙述方面，那就应该是智能与非智能的区别。集线器说白了只是连接多个计算机的网络设备，它只能起到信号放大和传输的作用，不能对信号中的碎片进行处理，所以在传输过程中容易出错。而交换机则可以看作为是一种智能型的集线器，它除了拥有集线器的所有特性外，还具有自动寻址、交换、处理的功能。并且在数据传递过程中，发送端与接受端独立工作，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。 （5）从外观来看，集线器的结构比较简单，因此集线器一般都比较小巧：接口面板上一般具备8个、16个、24个、32个等数量不等的RJ45接口。与接口对应的则是面板上标有数字的一排或两排指示灯，用来指示集线器的工作状态。其中“Power”是电源指示灯，标有数字的是“Link”（连接）与“Action”（活动）指示灯，当某个RJ45接口中有正确的信号接入时，该接口的“Link”灯呈常亮状态，当有信号传输时，则“Action”灯闪烁。现在集线器一般都将“Link”与“Action”指示灯合二为一，用一个指示灯来完成“Link”与“Action”的工作。交换机根据应用范围不同存在着多种多样的外观。对于那些应用在小型局域网的桌面型交换机，其外观与普通的集线器非常相似，要想在外观上区分它们，除了铭牌上“HUB”与“Switch”标志的区别外，关键是指示灯：如今的交换机大多是10/100Mbps自适应交换机，因此其面板上一般有用来表示该端口是工作在10Mbps还是100Mbps的指示灯。另外，交换机既可以工作在全双工状态下，也可以工作在半双工状态下，因此其面板上一般还有一排“FDX/COL”或“FD/COL”指示灯。对于集线器而言，虽然有些10/100Mbps自适应的集线器也有用来指示是工作在10Mbps还是100Mbps的指示灯，但绝对没有“FDX/COL”指示灯。初学者可以通过这一点来区分集线器与交换机。路由器主要运行在骨干网络上，因此外观也千姿百态，比如一些应用于因特网骨干线路的千兆级别的路由器，往往也是模块化设计，体型也很庞大。路由器其实是一台特殊的计算机，它有CPU、存储介质以及操作系统，只不过这些都与PC上的有点差别而已。路由器作为一种高级的网络设备，并不是每个人都可以接触到的，这是因为它的普及性不如集线器、交换机高。路由器也可分为硬件及软件两部分。软件部分主要是操作系统，路由器的操作系统就是IOS（Internetwork Operating System，互联网际操作系统）。路由器的硬件主要有CPU、接口和存储介质等。路由器中的CPU和计算机中的CPU所要实现的功能都是一样的。路由器中的存储介质主要有ROM（Read-Only Memory，只读储存设备）、Flash（闪存）、NVROM（非易失性随机存储器）、DRAM（动态随机存储器）等几种。路由器与交换机的区别传统交换机从网桥发展而来，属于OSI第二层即数据链路层设备。它根据MAC地址寻址，通过站表选择路由，站表的建立和维护由交换机自动进行。路由器属于OSI第三层即网络层设备，它根据IP地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速，由于交换机只须识别帧中MAC地址，直接根据MAC地址产生选择转发端口算法简单，便于ASIC实现，因此转发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问题。 1回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提高可靠性。 2负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避免这一点，OSPF路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。 3广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域，广播报文散到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进行广播。 4子网划分：交换机只能识别MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据MAC