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集线器是什么?集线器和交换机有什么区别?

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在计算机网络中,数据传输是一个非常重要的环节。为了实现数据的高效传输,我们需要使用一些网络设备。集线器和交换机就是这样的设备,可以帮助我们完成复杂的网络连接。本文狂人SEO详细讲下集线器是什么?集线器和交换机的区别有哪些?

集线器和交换机

一、什么是集线器

集线器(Hub)是网络设备的一种,其功能是连接众多计算机或其他网络设备,构建一个网络环境。集线器通常配备有多个端口,能够与各个网络设备进行链接,使每个端口间都能互相传输数据,将数据从一台设备转发到另一台设备。其主要任务是将网络内的各设备连接为一个局域网,可以视作具备多个端口的中继器。集线器的运行原理在于,它能在物理层上将多个网络设备连接,实现数据的传送与转发。

当数据流入集线器,集线器会向所有连接的设备传输(广播)这份数据。设备在接收到数据之后,会核实数据的目标地址是否指向自己,若是则处理该数据,若不是则抛弃该数据,等待下一组数据包的接收。随着科技的发展,交换机已将集线器取代,但在某些特定场景下,集线器仍然是一种价格合理的选择。

二、集线器的优缺点

集线器在网络环境中起着关键作用,以下是集线器的一些优点和缺点:

1、优点

① 价格较低:相对于其他网络设备,集线器的价格更为亲民,因此在构建小规模网络时常会采用集线器。
② 使用便捷:集线器的设置过程极其简洁,遵循插即用的原则,而且使用者无需具备专门的网络知识。
③ 扩展性强:集线器能轻易地对网络进行扩展,接入更多设备,满足网络规模增大的需求。
④ 稳定性好:在小型局域网环境中,集线器展现出良好的稳定性和可靠性,基本上无需过多的维护工作。

2、缺点

① 带宽限制:集线器连接的每个设备都需共享同一带宽,因此流量增长,集线器会面临带宽堵塞的问题。
② 网络安全问题:由于集线器是一种共享设备,所有连接至集线器的设备都处在同一网络内,它们之间的通信并未加密,有时可能会遇到安全风险。
③ 网络结构限制:集线器只能支持星型拓扑网络结构,无法应对复杂的网络架构。
④ 无法分段:集线器无法将网络进行分段,这也是造成带宽瓶颈的一个主要原因。

三、什么是交换机

交换机(Switch)也是网络中的一种集线设备,与集线器一样,它能以自身为中心连接网络节点,能对接收到的信息进行再放大以增加网络的传输距离,实现与其它交换机、无线接入点、路由器、网络防火墙等网络设备的互联,从而构建局域网络。而交换机又与集线器不同,它是一种交换式设备,将数据包从一台设备转发到另一台设备,让它们在网络中完成通信。

作为一种交换式设备,交换机的每个端口能为与之相连的节点提供专用的带宽,让每个节点独占信道。交换机端口、节点以及交换机容量的关系如下所示:

交换机基本原理

四、交换机的主要特点

① 带宽独立性:如果一台交换机的端口速率为100Mbit/s,同时连接N台计算机,那么网络的总带宽将达到N x 100Mbit/s。也就是说,使用交换机构建的交换式以太网的网络带宽不会随着节点数量的增加而降低,网络性能也不会因为负载的增加而下降。

② 并行通信能力:交换机允许其连接的多个设备对同时建立通信链路,进行数据交流。

③ 端口速率配置灵活:交换机允许各节点根据自身需要灵活配置端口速率,且交换机不只支持特定速率的端口,还支持端口的自适应配置。

④ 易于管理:交换机支持构建虚拟局域网(VLAN),通过软件,利用逻辑工作组划分和管理网络中的设备。

此外,交换机可以与使用集线器建立的网络相兼容,在从共享式局域网向交换式以太网过渡时,可以替代集线器,实现网络的无缝连接。

五、集线器和交换机的区别

1、从OSI模型角度分析,集线器属于第一层,即物理层设备,而交换机则属于OSI的第二层,数据链路层设备。这意味着集线器仅对数据的传输执行同步、放大和整形的操作,对于数据传输中出现的断帧或碎片无法有效处理,不能确保数据传输的完整性和准确性;反观交换机,不仅可以完成数据的同步、放大和整形,还能过滤断帧、碎片等。

2、从操作方式看,集线器采用广播模式,即当集线器的某个端口启动时,其他所有端口都能接收到信息,容易引发广播风暴,当网络规模较大时,网络性能将受到严重影响;而交换机则能够避免这种情况,当交换机工作时,只有发送请求的端口与目标端口之间进行相互响应,不会影响其他端口,因此交换机能够隔离冲突域,并有效地抑制广播风暴的发生。

3、从带宽来看,集线器无论有多少个端口,所有端口都共享一条带宽,在同一时间只能有两个端口传输数据,其他端口只能等待,同时集线器只能在半双工模式下工作;而对于交换机,每个端口都拥有一条专用带宽,当两个端口工作时,不会影响其他端口的工作,同时交换机不仅可以在半双工模式下工作,还可以在全双工模式下运行。

4、简单来说,集线器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,不能处理信号中的碎片,所以在传输过程中容易出错。而交换机可以视为一种智能型的集线器,除了具备集线器的全部特性外,还拥有自主寻址、交换、处理的功能。而且在数据传递过程中,发送端和接收端独立工作,不与其他端口发生关系,从而达到防止数据丢失和提高吞吐量的目的。

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