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  • 中继器集线器交换机路由器的区别
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    2020-03-30 20:58:09

    一、OSI网络协议七层结构(非IT专业仅了解即可)

    从低到高依次为:

    1、物理层—— 集线器、中继器

    2、数据链路层—— 交换机

    3、网络层—— 路由器

    4、传输层

    5、会话层

    6、表示层

    7、应用层

    二、通常各自用途

    以前的局域网用集线器;现在的局域网用交换机;路由器具有更多功能。

    1、交换机:一般用于局域网和广域网的连接。

    优点:

    1)速度快

    2)增强网络整体性能

    3)集中控制

    缺点:比集线器成本高

    2、集线器:实际是中继器的一种,但能够提供多端口服务,一般用于本网段转发数据。

    优点:

    1)某条线路或节点出现故障时,不会影响其他节点正常工作

    2)更改配线相对容易

    3)易于网络扩展

    4)集中管理

    5)提供中继器功能

    缺点:

    1)易出故障

    2)通信效率低

    3)保密性差

    3、路由器:连接对象包括局域网和广域网,功能较交换机要强大。

    优点:

    1)可实现不同网络之间互连

    2)可配置成允许多条路由路径

    3)允许网络数据流控制

    4)允许如Internet的大型网络访问

    5)保密性强

    缺点:

    1)速度较慢

    2)比中继器、集线器成本高

    4、中继器:一般在单座建筑中使用,连接两局域网,用于降低信号损耗,延长传输距离。

    优点:

    1)易于操作

    2)速度较快

    3)价格便宜

    4)可延长通信距离

    缺点:

    1)功能有限

    2)某些情况下管理能力有限

    三、局域网的组件选择

    内部小局域网以集线器为佳;协议相同网络以交换机为佳;内外网相连接以路由器为佳。

    因此选择路由器组建家庭局域网相对较为合理,更可采用无线路由器实现无线上网。

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  • 中继器集线器、网桥、交换机路由器

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    (类似电话线承载语音流/模拟信号) 网卡进行数据处理,例如将电脑磁盘上的数据/字节转换为网线上的电流/比特,将比特流转换为数据。 协议栈作为沟通语言,实现通信过程中的数据解析、地址寻址、流控制等。 网线...

    全家福

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    两台主机如何连接起来?

    在这里插入图片描述

    • 在网络诞生之前,电脑之间都是单机运行,没有网卡、没有网线、没有协议栈,数据传输主要通过软盘、光盘等介质。

    网线来了

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    • 【网线+网卡+协议栈】三要素,是组成“最小单元网络”的基础,缺一不可
    • 网线提供物理介质,承载比特率/电信号。(类似电话线承载语音流/模拟信号)
    • 网卡进行数据处理,例如将电脑磁盘上的数据/字节转换为网线上的电流/比特,将比特流转换为数据。
    • 协议栈作为沟通语言,实现通信过程中的数据解析、地址寻址、流控制等。

    网线不够长怎么办

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    • 终端之间如果举例太远,一旦超过网线物理传输距离上限,则数据开始丢失。

    中继器来了

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    • 中继器是一种物理层产品,能够对信息进行中继和放大,实现设备远距离传输

    中继口不够怎么办

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    • 中继器一般只有两个接口,意味着如果网络中超过三个终端主机的话,则无法实现多主机直接的数据通信。

    集线器来了

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    • 集线器是一种“多口中继器”,也是属于物理层产品,能够对信息进行中继和放大,从任意接口收到的数据,会往其他所有接口泛洪
    • 集线器不识别数据的寻址信息和上层内容,无法对终端主机进行隔离,多个主机处于同一个冲突域中,采用集线器网络,带宽利用率较低。
    • 冲突域就是如果多台主机同时通信会发生冲突,这多台主机就处于一个冲突域。为什么会冲突?如果同一时间有多个人说话,就根本听不清,所以同一时间只能有一个人(主机)说话(发送数据)。

    怎么解决冲突?网桥来了

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    • 网桥是一种链路层产品,能够记录终端主机的MAC地址并生成MAC表,MAC表相当于“地图”,网桥根据MAC表转发主机之间的数据流。
    • 网桥能够进行冲突域隔离,有效的提高网络带宽利用率,不同接口之间的数据不会相互冲突。例如PC1发送给PC2的数据不会转发到右边(E2口)。
    • 冲突域隔离就是把大房子隔成很多单间,每个单间的人都可以同时说话,而且每个房间的声音还不会相互干扰。
    • 网桥的接口比较有限,默认是两个接口,对网络的冲突隔离比较有限,网桥没有专门的硬件而是采用CPU来处理数据,相对速度不够快。

    不够快怎么办?交换机来了

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    • 交换机是一种链路层产品,能够记录终端主机的MAC地址并生成MAC表,MAC表相当于“地图”,交换机根据MAC表转发主机之间的数据流。
    • 交换机是在网桥的基础上进行延伸和升级,相比网桥,主要有几个优势:(1)接口数量更加密集(每个主机在独立的冲突域,带宽利用率大大提高);(2)采用专用ASIC硬件芯片进行高速转发;(3)能够进行VLAN隔离(不仅仅可以隔离冲突域,而且通过VLAN隔离广播域
    • 交换机是一种局域网产品,一般用于本地网络,无法实现远程广域网通信

    不够远怎么办?路由器来了

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    • 路由器是一种网络层产品,基于IP寻址,采用路由表实现数据转发。
    • 路由器主要用于连接不同局域网(可以是不同介质,如令牌网和以太网可以互通),实现广播域隔离,也可以用于远程通信(广域网连接)
    • 广播域,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。形象比喻,之前party大家玩不同游戏的进入了不同的房间(冲突域),这时候主人拿起麦克风说两句,感谢大家的到来,这时候每个房间都听得到,这个房子就是一个广播域。主人讲话只有屋子里的人听到,家在对面马路的marry可是听不见的,这就是广播域隔离。
    • 路由器诞生是互联网大爆发的主要原因,跨介质跨地理的网络大融合称为现实。
    • IP协议等逻辑寻址机制是实现不同类型局域网连通的关键,不同局域网的主机只要有配置逻辑地址(IP地址),有合理的逻辑地址规划(网段规划),则可以通信;

    总结

    在这里插入图片描述

    参考资料
    [1]《SDN从入门到精通

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  • 文章从最简单的中继器讲起,有浅及深(当然,这也是几个设备发展的过程),逐步探讨中继器集线器、网桥、交换机路由器的功能。这样一个层次,能使读者更清晰明白他们的不同与相同。

    1.中继器

     1.1 功能概述

      工作在物理层。当数据离开源在网络上传送时,它转换为能够沿着网络介质传输的电脉冲或光脉冲——这些脉冲称为信号(signal)。当信号沿着网络介质进行传送时, 随着经过的线缆越来越长,信号就会变得越来越弱越来越差。中继器的目的是对网络信号进行再生还原,从而使得它们能够在网络上传输更长的距离。
      简单来说,中继器就是两个端口,一个进一个出,把流入的网络信号进行放大、加强再流出,从而使它可以传输更远的距离。
         在这里插入图片描述

    2.集线器

     2.1 功能概述

      工作在物理层。集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大,以扩大网络的传输距离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。集线器与网卡、网线等传输介质一样,属于局域网中的基础设备,采用CSMA/CD(一种检测协议)访问方式。可以这样理解,集线器就是多个端口的中继器

     2.2 工作原理

        在这里插入图片描述
      它发送数据时,是没有针对性的。采用广播方式发送。也就是说当它要向某节点发送数据时,不是直接把数据发送到目的节点(因为它不认识路),而是把数据包发送到与集线器相连的所有节点。例如:当A要给B发数据时,它会采取广播方式,把要传递的消息广播给B、C、D、E . . . . . . ...... ......
      很容易想到,集线器这样会带来一个很大的坏处就是,广播爆炸线路冲突。集线器对数据包的的处理大部分是简单的将数据包复制放大后,送到目前连接该集线器的所有端口,因此数据包充斥在整个连通的局域网中,同时仅有一组数据是有效的,所以在数据包传输量较大的居于网中,集线器将无法有效地传输数据,因为可能同时传送多份数据,从而造成数据包的冲突问题问题增加。

    3.网桥

     3.1功能概述

      工作在数据链路层。网桥(Bridge)是早期的两端口数据链路层网络设备,用来连接不同网段的计算机网络设备同时它又可隔离冲突域。

      网桥将两个不同的局域网的网络连接起来,并对网络数据的流通进行管理。它工作于数据链路层,不但能扩展网络的距离或范围,而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。

     3.2工作原理

      也有人把“网桥”比喻成一个聪明的中继器(Repeater)。因为中继器只是对所接收的信号进行放大,然后直接发送到另一个端口连接的电缆上,主要用于扩展网络的物理连接范围;而网桥除了可以扩展网络的物理连接范围外,还可以对MAC 地址进行分区,不需要像集线器一样去广播(网桥可以根据MAC地址转发消息),同时隔离不同物理网段之间的碰撞(也就是隔离“冲突域”)。
    在这里插入图片描述
      上图是用一个网桥连接的两个网络,网桥的A端口连接A子网,B端口连接B子网,为什么网桥知道哪些数据包该转发,哪些包不该转发呢?那是因为它有两个表A和B,当有数据包进入端口A时,网桥从数据包中提取出源MAC地址和目的MAC地址。

      一开始的时候,表A和表B都是空的,没有一条记录,这时,网桥会把数据包转发给B网络,并且在表A中增加一条MAC地址(把源MAC地址记录表中),说明这个MAC地址的机器是A子网的,同理,当B子网发送数据包到B端口时,网桥也会记录源MAC地址到B表。

      当网桥工作一段时候后,表A基本上记录了A子网所有的机器的MAC地址,表B同理,当再有一个数据包从A子网发送给网桥时,网桥会先看看数据包的目的MAC地址是属于A子网还是B子网的,如果从A表中找到对应则,抛弃该包,如果不是,则转发给B子网,然后检查源MAC地址,是否在表中已经存在,如果不存在,在表A中增加一条记录。

    4.交换机

     4.1功能概述

      工作在数据链路层。交换机(Switch)可以说同时是集线器和网桥的升级换代产品,因为交换机具有集线器一样的集中连接功能,同时它又具有网桥的数据交换功能。所以可以这样说,交换机是带有交换功能的集线器,或者说交换机是多端口的网桥。外形上,集线器与交换机产品没什么太大区别。
    PS:下图为三层交换机图,就是比较大而已,
    在这里插入图片描述

     4.2工作原理
    • 当交换机从某个端口收到一个数据帧后,先读取帧头部的源MAC地址,并与自己缓存中的映射表(CAM 表)进行比较,如果没有找到,则在CAM表中添加一个该源MAC 地址与发送该帧的源端口映射表项。这就是交换机的MAC 地址自动学习功能
    • 如果在CAM表项查到了帧中源MAC地址,则继续查看是否有帧中目的MAC地址所对应的映射表项。如果有,则直接把该帧转发到目的MAC地址节点所连接的交换机端口,然后由该端口发送到目的主机。
    • 如果在交换机CAM 表中没有找到帧中目的MAC地址所对应的表项,则把该数据帧向除源端口外的其他所有端口上进行泛洪(广播)。
    • 当MAC地址与帧中目的MAC地址的主机接收了该数据帧后就会向源主机产生一个应答帧,交换机获取该应答帧后从其中的源MAC 地址中获取了对应的MAC地址和所连接端口的映射关系,并添加到CAM 表中。这样下次再有MAC地址为这个MAC 地址的帧发送时交换机就可以直接从CAM表中找到对应的转发端口,直接转发,不用再泛洪了。

    5.路由器

      相比较上边的几个设备而言,要想理解路由器,需要对计算机网络有一定的基础。在Internet网络中,路由器是相对来说最重要的设备。在本文中,对路由器不再做详细解释,在计算机网络这一专栏中我会单独详解路由器这一设备。

     5.1功能概述

      工作在网络层。路由器(Router)是用于连接多个逻辑上分开的网络,所谓逻辑网络是代表一个单独的网络或者一个子网(根据IP地址来判断是否在一个子网)。当数据从一个子网传输到另一个子网时,可通过路由器来完成。因此,路由器具有判断网络地址和选择路径的功能,它能在多网络互联环境中,建立灵活的连接,可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网,路由器只接受源站或其他路由器的信息,属网络层的一种互联设备。它不关心各子网使用的硬件设备,但要求运行与网络层协议相一致的软件。转发消息主要用的是IP地址

     5.2工作原理

      例如,一台支持IP协议的路由器可以把网络划分成多个子网段,只有指向特殊IP地址的网络流量才可以通过路由器。当IP子网中的一台主机发送消息给同一IP子网的另一台主机时,它将直接把消息送到网络上,对方就能收到。而要送给不同子网的主机时,它要选择一个能到达目的子网上的路由器,把消息送给该路由器,由路由器负责把消息送到目的地。网络中的设备用它们的网络地址(IP地址)互相通信。IP地址是与硬件地址无关的“逻辑”地址。目前TCP/IP网络,全部是通过路由器互连起来的,Internet就是成千上万个IP子网通过路由器互连起来的国际性网络。
       一句话总结:路由器的主要工作就是为经过路由器的每个IP数据包寻找一条最佳传输路径,并将该数据有效地传送到目的站点。 路由器的基本功能是,把数据(IP报文)传送到正确的网络。

    6.总结

      文章从最简单的中继器讲起,有浅及深(当然,这也是几个设备发展的过程),逐步探讨中继器、集线器、网桥、交换机、路由器的功能。这样一个层次,能使读者更清晰明白他们的不同与相同。
       文章如有不当之处,请多多指教~~

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  • 一、中继器 二、集线器 三、放大器 四、交换机 五、网桥 六、路由器 七、网关

    一、中继器

    当传播距离过远的时候,信号是会衰减的。

    又称为转发器。物理层设备。主要功能:对信号进行再生和还原,对衰减信号放大,延长传输距离。

    中继器很傻,两边网段必须是一个协议,不会管数据是否出错,只会无脑加强信号转发。

    一个口进,一个口出。出去之前加强信号
    在这里插入图片描述
    中继器和集线器都不能分割冲突域,即还是属于一个局域网内。


    二、集线器

    Hub。实质上是一个多端口的中继器,也是物理层设备。上面说了,中继器只有两个口,一进一出,但集线器可以有多个口。

    集线器一般都是星型拓扑

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    注意,如果多台计算机同时通信,那么必将导致信息碰撞、平分带宽。
    在这里插入图片描述

    例如:一个带宽为10Mb/s的集线器上连接了8台计算机,当这八台计算机同时工作时,每一台计算机真正拥有的带宽仅为10/8 = 1.25Mb/s


    三、放大器

    与中继器功能相仿,只不过放大器放大的是模拟信号,而中继器放大的是数字信号。

    数字信号:用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电bai压表示二进制数1,用恒定的负电压表示二进制数0),或光脉冲来表示。

    模拟信号:用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波),或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示


    四、网桥

    网桥是交换机的前身。现在大多数都是使用交换机而不是网桥了。

    首先提出一个问题:如何进行局域网的扩展。
    如果使用前面的集线器或者中继器,那么是不可以隔离冲突域的,如下图:
    在这里插入图片描述
    这样一个大的冲突域虽然达到了网络扩展,但是冲突域太大会导致碰撞几率增大,因此不推荐用集线器进行大规模的扩网。


    这时人们就提出了网桥的概念,它的优势就是既可以扩网,又可以分割冲突域。

    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    网桥比中继器和集线器就智能很多了,它会看看你的mac地址,通过你的mac地址来控制数据帧,进而隔离了冲突域,三个冲突域中可以同时进行介质访问了。


    五、交换机

    switch。数据链路层设备。一种多端口的网桥。通常有十几个端口。
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    这样可以快速大规模扩网,因此交换机逐渐取代了网桥。

    交换机还有一大优点,每个端口独占传输媒体带宽。还记得我们在集线器那里讲过的吗?集线器是不行的。
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    交换机有两种:存储转发用的多一些,可靠性强。
    在这里插入图片描述

    看下图,请问有多少个冲突域,有多少个广播域?
    在这里插入图片描述
    答:1个广播域,4个冲突域。
    广播域只有路由器或者三层交换机才能分隔,交换机分隔的是冲突域。这也就是说,其他冲突域的广播信号会在整个广播域网络中传递。


    六、路由器

    router。网络层设备。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    转发表是根据路由表算出来的。
    转发是指路由器内部,从哪个端口送出去。路由选择概念更宏观,强调的是下一跳路由器。已经到了本路由器外面。

    输入端口:要把物理层、数据链路层的头去掉,上交到网络层处理,当然要排队。
    在这里插入图片描述
    输出端口:在这里插入图片描述
    如果队列的处理速度小于数据进入队列的速度,就会产生溢出,数据就只能被丢掉了,因此体现流量控制的必要性。

    在这里插入图片描述
    集线器两边物理协议一定要一样

    在这里插入图片描述
    转发表和路由表
    在这里插入图片描述


    七、网关

    并不是一个具体的设备,它代表的是一种概念。顾名思义,“关”就是某一个地方的关卡,因此,网关就是指的一个局域网的关口。三层交换机和路由器都可以作为网关。网关可以用于局域网的互联。

    当数据包想要进入或走出某一个局域网的时候,必然先通过网关才可以进去。在cmd命令行中输入ipconfig命令就可以查看你当前主机的默认网关。

    曾经我做过一个实验,把我主机的arp缓存表中默认网关的mac地址改掉了。之后就上不了网了,这就是因为主机发送的数据包找不到默认网关,因此数据包走出局域网,也就无法发送到互联网上去。这更加印证了,网关就是一个局域网关口的说法。

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交换机集线器中继器路由器的联系