跨境路由器:集线器与交换机主要区别及选择方法

是继承了一间堆满老旧设备的网络机房，还是从零开始搭建新的办公室局域网？无论哪种情况，都值得彻底了解集线器和交换机的区别。以下由跨境路由器的小编聊聊这个话题。

集线器会将传入的数据包广播到共享冲突域上的所有端口——连接的设备无论是否是预期的接收者，都会收到数据包。交换机则使用 MAC 地址查找，仅将每个数据包转发到预期的目的地。这种架构差异决定了所有方面：每个设备的带宽、冲突行为、安全风险和管理能力。

网络集线器是一种物理层设备，用于连接同一网段上的多个以太网设备。它从一个端口接收输入信号，并将其转发到所有其他端口，而不管数据实际发送到哪个设备。集线器在 20 世纪 90 年代和 21 世纪初的局域网中很常见，但随着千兆交换机以相近甚至更低的价格广泛普及，集线器已基本被淘汰。

连接到集线器的所有设备共享同一个冲突域和同一个带宽池。该设备本身不具备智能：它只是简单地放大和重复电信号。

枢纽的工作原理

当一个数据帧到达某个端口时，集线器会将该电信号转发到所有其他端口。该网段上的每个设备都会收到每个数据帧。只有被寻址的设备才会处理该数据帧；其他所有设备都会丢弃它。

由于所有设备共享同一冲突域，因此一次只能有一个设备发送数据。如果两个设备同时发送数据，就会发生冲突，两个设备都必须停止发送，等待一段随机时间间隔后重新发送——这一过程由 CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）机制控制。随着设备数量的增加，冲突次数也会成倍增加，可用吞吐量会远低于标称链路速度。一个 100 Mbps 的集线器连接八个活动设备后，考虑到冲突和重传，实际传输到任何一个发送端的速率都会远低于 100 Mbps。此外，集线器通常以半双工模式运行，这意味着设备在任何给定时刻只能发送或接收数据，而不能同时进行两者。

枢纽的局限性

广播模型的弊端远不止性能问题。由于每个设备都能看到每个数据包，被动嗅探无需任何特殊权限——任何连接到集线器的设备都可以捕获发往其他设备的流量。此外，该模型也不支持 VLAN、QoS 或端口级管理等概念。设备完全无状态；它无法获知哪些设备已连接，也无法做出任何转发决策。

集线器硬件的速度也受到限制。主流集线器产品的最高速度为 100 Mbps，目前市面上还没有千兆或多千兆的集线器产品。仅此一项就足以使集线器与任何现代有线网络基础设施不兼容。

网络交换机是一种二层（数据链路层）设备，它根据目标 MAC 地址转发以太网帧。与将每个帧重复发送到所有端口不同，网络交换机仅将每个帧发送到连接到目标接收者的端口。三层交换机在此基础上增加了 IP 路由功能，使其能够执行 VLAN 间路由，并替代或补充专用网关，用于处理网络段之间的流量。

开关的工作原理

当一个帧到达端口时，交换机会读取源 MAC 地址并记录其来源端口，从而构建一个 MAC 地址表（也称为 CAM 表）。然后，它会将目标 MAC 地址与该表进行比对。如果匹配，则帧仅转发到该端口。如果目标地址未知，交换机会将帧转发到所有端口——但一旦目标设备响应，交换机就会获知其位置，并将后续流量直接路由到该目标设备。

交换机上的每个端口都作为一个独立的冲突域运行，从而消除了设备间的冲突。交换机还以全双工模式运行，允许设备同时发送和接收数据。连接到千兆交换机端口的设备在每个方向上都能获得完整的 1 Gbps 带宽，不受其他设备活动的影响。

当帧的寻址地址为广播 MAC 地址时，交换机会将其转发到所有端口——这是 ARP 等协议的标准行为。VLAN 的存在部分原因是为了隔离广播域，限制接收这些帧的设备，并防止广播流量不必要地跨越网段边界。

集线器与交换机：并排比较

OSI层：第 1 层（物理层） ；第 2 层（数据链路）；L3 模型上的第 3 层
传输方法：向所有端口广播 ；单播转发到目标端口
碰撞域：所有端口共用一个域；每个端口一个
复式公寓：半复式住宅；全复式结构
典型最大速度：100 Mbps；1 Gbps 至 25 Gbps 及以上
安全： 所有设备都能看到所有流量；流量被限制在目的港
智力 ：无（普通中继器）；MAC地址学习和转发
典型用途： 传统/实验室/专业采集；每个现代商业和家庭网络

以上就是跨境路由器的小编介绍的“集线器与交换机主要区别及选择方法”。