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  • 集线器和交换机

    2021-01-03 11:12:22
    交换机和集线器有什么区别呢? 集线器是共享主线的,假设ABC三台主机,A给C发消息(发送帧和接收帧),BC都会收到,BC会根据目标MAC地址来确定是否接受或丢弃,这样就增大了服务器压力,只要发送消息,不管是不是...

    集线器是物理层对以太网的扩展,先看一下集线器的工作原理图:在这里插入图片描述
    集线器可以连接集线器,但随着机器的增多,会产生更大的碰撞域,什么是碰撞域呢?
    碰撞域:所谓碰撞一定是2台机器及以上才会发生碰撞,如果是单机,不会产生碰撞,当多个电脑被集线器连接,共享带宽,在传输的时候会发生碰撞,因此发明了交换机。

    交换机和集线器有什么区别呢?

    集线器是共享主线的,假设ABC三台主机,A给C发消息(发送帧和接收帧),BC都会收到,BC会根据目标MAC地址来确定是否接受或丢弃,这样就增大了服务器压力,只要发送消息,不管是不是目标机器都会接收到。俗语:一人生病,全家吃药。
    交换机是不共享主线的,A发消息给C,会发给交换机(交换机的每个接口都会存储对应的MAC地址,即帧交换表),交换机接收到帧后,会在本交换机的帧交换表中查找帧的目标MAC地址多对应的接口,然后发帧。精准到位。
    在这里插入图片描述

    交换机的特点:
    并行性,可以同时连接多个接口(每个接口的速率可以不同),通过交换机能同时多台机器通信,无碰撞,交换机接口可以连接主机也可以连接交换机。
    在这里插入图片描述
    交换机的作用:
    创建两个主机的专用连接
    根据物理地址发送单独的数据包
    可以执行路由功能
    设置端口与指定的MAC地址绑定
    不受DOS攻击
    实现环路预防,关闭网络环路

    集线器和主机是一对多,交换机和主机是多对多。
    帧的转发方式有两种,存储转发(先缓存在转发)和直接交换(直接转发)

    以太网的扩展

    交换机扩展以太网:交换机根据MAC地址通过本交换机的**帧过滤表**来过滤帧,隔离碰撞域。
    	交换机的每个接口是一个碰撞域,交换机和集线器一样,不能隔离广播域。可以隔离广播域的是路由器。
    集线器扩展以太网:会随着主机的增多,产生更大的碰撞域,即多个独立的碰撞域连接起来。
    

    IP地址和MAC地址的区别

    1.两者地址使用不同
    	IP地址是Internet协议
    	MAC地址是Etherne协议 即以太网协议。
    2.IP地址可以修改(可以手动修改地址,在不同的局域网内,IP地址也会变化)
       MAC地址是全球唯一的,每个网卡出厂时唯一的,网卡在通讯的时候根据MAC地址来区别。
    3.长度不同:
    	IP地址长度为32位
    	MAC地址长度为48位
    4.寻址协议层不同:
    	IP地址在OSI的第三层==》网络层
    	MAC地址在OSI的第二层==》数据链路层
    
    IP地址是计算机网络实现通信的一套规则,换句话说,只要遵守IP协议就可以进行因特网通信
    MAC地址即物理地址,由厂家写在硬件内部,该地址和网络无关,该设备到任何地方,都不会改变
    MAC地址专注于数据链路层,即将一个帧从一个节点发送到另一个节点,IP地址和MAC地址是成对出现的(MAC地址不变,IP地址会变)
    IP地址用来连接通信,MAC地址用来发送帧
    

    公网IP和私网IP

    私有IP:局域网 城域网
    公有IP:广域网 全球唯一的公有IP
    局域网和城域网有很多,不同的城域网和局域网私有IP可以重复。
    局域网:我家一个局域网,你家一个局域网
    城域网:北京一个城域网,伤害一个城域网
    广域网只有一个,处在网络的最顶层,广域网IP(公网IP)必须全球唯一。
    在这里插入图片描述

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  • 实验五 集线器和交换机的区别

    千次阅读 2020-12-02 20:43:07
    标题实验五 集线器和交换机的区别 一、 实验目的 *验证集线器和交换机的区别 1、了解集线器和交换机如何转发数据 2、理解冲突域广播域的概念 3.对比单播以太网帧光波以太网帧的目标MAC地址 二、实验内容 构建4...

    标题实验五 集线器和交换机的区别

    一、 实验目的
    *验证集线器和交换机的区别
    1、了解集线器和交换机如何转发数据
    2、理解冲突域和广播域的概念
    3.对比单播以太网帧和光波以太网帧的目标MAC地址
    二、实验内容

    1. 构建4个以太网(每个由3台主机构成,IP均为192.168.0.1—192.168.0.3),其中两个通过交换机互连、两个通过集线器互连
    • 如果再构建交互机互连的时候,中间连接处指示灯不是绿色,则多切换几次实时/仿真模式
    1. 在实时模式下,所有机器相互发一遍数据包
    2. 将之前所有发送过包的所有场景删除
    3. 观察在模拟环境下观察交换机局域网和集线器局域网中,主机之间发送数据的区别
    4. 将用交换机组成的局域网和用集线器组成的局域网两两相连
    5. 观察在模拟环境下观察交换机局域网和集线器局域网中,主机之间发送数据的区别
      • 自己实验多种发送方式,注意在实验的过程中,集线器组成的局域网做了什么样的操作,交换机的局域网要做同样的操作
    6. 在交换机的以太网中发送广播数据
      • 点击发送复杂的数据包
      • 将目的地址设置为255.255.55.255
      • 原地址设为发送主机的IP地址
      • 序号填1
      • 时间填1
    7. 断开两个通过集线器相连的局域网,通过交换机将两个集线器连接起来
    8. 观察现象
      三、实验设备及软件环境:
      Cisco Packet Tracer
      四、实验步骤及分析
    9. 构建4个以太网(每个由3台主机构成,IP均为192.168.0.1—192.168.0.3),其中两个通过交换机互连、两个通过集线器互连

    从工具面板中选取,构成图中4个以太网结构图。(注意: 如果在构建交互机互连的时候,中间连接处指示灯不是绿色,则多切换几次实时/仿真模式)

    构建四个以太网,两个交换机网络,两个集线器网络,分别给它们设置各主机IP地址。
    2. 在实时模式下,所有机器相互发一遍数据包

    操作:对四个以太网中的主机相互发送数据,同一个以太网中的主机和交流数据。
    现象:无论是交换机还是集线器以太网都是向各主机发送了一遍数据,只有目的IP地址接收成功。
    3. 将之前所有发送过包的所有场景删除

    这些场景和运行案例状态都删除,为了初始化交换机使得交换机储存数据转发有各主机的IP信息。从而完成初始化删除预设场景。
    4. 观察在模拟环境下观察交换机局域网和集线器局域网中,主机之间发送数据的区别

    交换机发送数据

    现象与区别:集线器会通过广播的方式发送数据,而交换机通过单播的形式发送给接收方。第一个集线器以太网:PC1发送单播数据包到集线器0,通过集线器发给PC2,PC0,但只有PC2成功接送,PC2通过集线器发单播包PC0,PC1,只有PC1接受。
    5. 将用交换机组成的局域网和用集线器组成的局域网两两相连

    现象:扩大了局域网,由PC1向PC 2发送数据,由事件列表可以看出,这是一个单播数据包。交换机在0.002秒向PC2发送数据,在0.004秒向 PC1发送数据,说明交换机收到数据后,只向指定端口端口转发。
    6. 观察在模拟环境下观察交换机局域网和集线器局域网中,主机之间发送数据的区别

    • 自己实验多种发送方式,注意在实验的过程中,集线器组成的局域网做了什么样的操作,交换机的局域网要做同样的操作

    同时发送数据

    交换机局域网,跨区发送

    同时发送数据

    现象说明:在刚刚建立起两个局域网连接时,集线器0以太网中依然会把请求主机2的数据包通过广播方式发送,在交换机0中,由于还没有进行数据交互,交换机也会发送给另一个交换机1,但是数据依然会准确到达目的主机8。在数据交互后,两台主机同时在集线器中发送数据时,产生了数据碰撞,导致数据丢失,而在交换机以太网中,没有发生任何错误,准确的到达了目的主机。
    7. 在交换机的以太网中发送广播数据

    • 点击发送复杂的数据包
    • 将目的地址设置为255.255.55.255
    • 原地址设为发送主机的IP地址
    • 序号填1
    • 时间填1
    1. 断开两个通过集线器相连的局域网,通过交换机将两个集线器连接起来

    交换机2在第一次接收来自集线器0通过转发的数据包(主机1与主机2之间的数据包)时,由于自身的转发表为空,所以它会将接收到的数据包发送给集线器1,在建立了自身的转发表以后,不会再将来自于第一个集线器局域网的数据包发送给集线器1了
    9. 观察现象
    集线器与交换机虽然都能进行数据转发,但是转发方式有明显的区别。集线器将数据包转发到所有端口,当多个站点同时发送数据时数据碰撞的可能性很大。而交换机有着隔绝冲突域的能力,只会向某一个站点发送数据包,并且有两个以上的数据包同时发送到同一站点时,会将他们逐个发送,使之不冲突。因此相比于集线器,交换机具有更大的优势。
    原理:
    1、冲突域和广播域
    冲突域:在该区域某一时刻只能一个站点发送数据,如果两个站点同时发送数据会引起冲突,则这两个站点处于同一个冲突域中。
    广播域:在以太网中,能够接收任意站点发送的广播帧的所有站点的集合称为一个广播域。
    2、集线器和交换机
    集线器和交换机都是为了扩大以太网覆盖范围而使用的连接设备,但二者的工作原理存在很大差异。
    集线器工作在物理层。集线器的主要功能是对接收的信号进行放大、转发,从而扩展以太网的覆盖范围。由于物理层传输的信号是无结构的,因此集线器无法识别接收方,只能从一个端口收到信号放大后复制到其他所有端口,级向与该集线器链接的所有站点转发。
    交换机工作在数据链路层。交换机使用以太网帧中的MAC地址进行数据帧转发,从而有效的过滤数据帧。交换机可以在多个端口对之间同时建立多条并发连接,使得与不同端口连接站点同时·发送数据时,各连接线路彼此互不影响。
    五、总结
    1、集线器是把数据发送全部端口,交换机把数据发往相应端口,在以集线器或者交换机为中心的以太网中,当多站点同时发送数据时,集线器会发生冲突,交换机不会发生冲突。
    2、在使用集线器扩大以太网规模时,可能会使以太网的性能下降,集线器在扩大以太网规模的同时,也扩大了冲突域。当网络规模扩大,主机数量增加时,网络中发生冲突的可能性也将增加,这将导致网络性能下降。
    3、交换机在扩大以太网规模的时,可能会使以太网的性能下降,使用交换机解决了冲突域的问题,但是交换机并不隔离广播域,使用交换机扩大网络规模的同时也扩大了广播域。这使得以太网中广播包的数量增加,当广播包数量增加到一定数量时网络性能下降。
    4、通过本次实验,了解了集线器和交换机之间的区别与性能,以及集线器与交换机的局限性,并且通过仿真实验对计算机网络理论知识有了巩固和提高。

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  • 实验一: 交换机和集线器的工作原理 一、实验目的 1.掌握Cisco Packet Tracer软件的使用方法; 2.掌握集线器的工作原理; 3.掌握交换机的工作原理和自学习算法
  • PC0通过集线器给PC2发送一个数据包 PC0通过交换机给PC2发送一个数据包 通过上述实验你会发现。 集线器的转发都是广播的形式。 而交换机是单播的形式。即直接发送到目的主机。 PC0通过集线器给PC2发送一个...
    PC0通过集线器给PC2发送一个数据包
    

    在这里插入图片描述
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    PC0通过交换机给PC2发送一个数据包
    

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    通过上述实验你会发现。
    集线器的转发都是广播的形式。
    而交换机是单播的形式。即直接发送到目的主机。

    PC0通过集线器给PC2发送一个数据包
    

    在这里插入图片描述
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    PC0通过交换机给PC2发送一个数据包
    

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    PC0给PC2发送一个数据包,
    PC4给PC5发送一个数据包。
    

    集线器
    在这里插入图片描述

    交换机
    在这里插入图片描述

    由上可以看出交换机可以隔离冲突域。
    而集线器则不能。
    
    还是让PC0给PC2发送一个数据包
    

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    当再次让PC0给PC2发送一个数据包。
    这时的交换机已经自学习了。
    

    在这里插入图片描述

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  • CSMA/CD协议,碰撞域,集线器交换机区别

    1.CSMA协议

    协调总线上各主机的工作,减少碰撞发生概率

    CS载波监听 MA多点接入 CD碰撞检测

    CS载波监听

    “先听后说” ,总线有空闲再发送数据

    CD碰撞检测

    “边听边说”,若发生冲突则立即停止,暂停一段随机时间之后再重新发送

    以太网的最短帧长确保了主机可在帧发送完场之前就检测到帧发送过程中是否遭遇到了碰撞,如果检测到碰撞,则停止发送帧的剩余部分,退避随机时间后,重新发送该帧。

    帧如果太长的话,会占用总线,缓冲区也没那么大空间储存

    2.集线器和交换机的区别

    2.1集线器

    最初认为 有缘的元器件不可以考,无缘电缆最可靠,但是这样就使用了大量的机械接头

    后来,使用双绞线 用于发送接收,线的两端是RJ45插头(俗称水晶头)。连接的是集线器HUB,仍然是一个总线网,使用的还是CSMA/CD协议

    集线器只工作在物理层,接口只是简单的转发,不进行碰撞检测。

    集线器可以扩展以太网:小的碰撞域,扩大成更大的碰撞域,共享总线带宽

    2.2交换机

    多个接口,全双工方式。能同时连通多个接口,使多对主机同时通信,无碰撞
    交换机工作在数据链路层,交换机收到帧后,在帧交换表(地址表),帧的目的MAC地址所对应的接口号
    即插即用,具有自学习算法

    2.3对比

    1. 集线器连接的各端口就是一个冲突域,主机发送的单播帧各个主机都能收到,非目的主机需要决定是否丢弃该帧(占用资源)。

    2. 而交换机每一个端口都是一个冲突域,能隔离碰撞域(连接多个集线器)但不能隔离广播域。并不是共享总线带宽,交换机能够把单播帧直接发送给目的主机,其他主机收不到,这个在扩展以太网的情况下具有非常大的优势。

    3. 集线器,交换机都有一百个口。集线器最多也只能进行两台主机的通信,交换机能够进行100台主机的通信。

    4. 两种设备连接的主机都属于一个广播域内

    3.仿真

    3.1 准备

    在这里插入图片描述

    在实时模式下先让每台主机跟另外两台主机发送一遍PDU,防止ARM协议的干扰。然后把仿真记录删除。仿真模式下选择只看ICMP协议

    3.2 单个设备(小网络)

    3.2.1 集线器仿真

    在这里插入图片描述
    选择让PC0给PC2发送PDU,可以在右边的仿真进程中看到,每次单播帧都像广播帧一样,集线器所连接的所有主机都会受到发送帧和响应帧,每次都要决定是否接受或丢弃该帧,十分浪费资源。

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

    3.2.2 交换机仿真

    而对于交换机连接的PC6和PC8,单播的报文段都是直接由交换机发送到目的MAC地址的PC,就像右边事件列表的“last device”和“At Device”一样,其他主机没有接收到任何帧。
    在这里插入图片描述

    3.3 多个设备(扩展以太网)

    3.3.1集线器

    让PC1给PC3发送单播帧,大家可以先自己想象一下会发生什么。
    在这里插入图片描述
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    在这里插入图片描述
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    报文段的发送都会广播到集线器连接的所有设备,发送和响应帧都需要每台主机判断是否接受或丢弃该帧。

    3.3.2 交换机

    大家应该可以想象到,相比较交换机,当然有点对点发送该单播帧给源主机和目的主机的能力(这里就只展现事件列表)
    在这里插入图片描述

    3.4 冲突域

    3.4.1集线器

    让PC1给PC2发送ICMP请求
    让PC4给PC5发送ICMP请求
    看看会发生什么
    在这里插入图片描述
    可以看到当单播帧来到集线器相连的地方就会发生碰撞(图标有火),随后发生碰撞的信息会传遍整条总线。
    在这里插入图片描述
    这就是为什么说集线器工作在半双工模式下

    3.4.2交换机

    交换机能隔离碰撞域,所以不会发生碰撞
    在这里插入图片描述
    甚至在发送给对方网络的设备,多个ICMP请求同时在交换机进行交互时,也不会发送碰撞(蓝色和红色可以同时交互),这就是为什么说交换机是全双工的工作模式

    3.5交换机自主学习

    在这里插入图片描述
    PC1给PC2发送ICMP请求,一开始 交换机 会转发单播帧到右边的网络(因为新加入的交换机的交换表是空的),当进行一次学习之后,第二次发生同样的事情,它的交换表有记录,就能够隔离,这也就是后面所谓的网桥。

    展开全文
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    万次阅读 多人点赞 2018-11-08 10:29:09
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    2020-06-24 10:57:48
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