什么是交换机(路由器与交换机区别是什么?交换机的知识你了解了多少)

2020-07-23 17:01 
衡水金卷2021答案 衡水金卷2021答案

随着网络的普及,很多家庭都有自家的宽带上网,而很多用户都不清楚什么是交换机,跟路由器有什么区别。

交换机(swITch)是一种在通信系统中完成信息交换功能的网络设备。

“交换机”是一个舶来词,源自英文“SwITch”,原意是“开关”,我国技术界在引入这个词汇时,翻译为“交换”。在英文中,动词“交换”和名词“交换机”是同一个词(注意 在这里所讲的“交换”特指宽带、互联网网络数据中的信号交换技术,与物品交换不是同一个概念)。是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。

光纤交换机

光纤交换机

在计算机网络系统中,交换概念的提出是对于共享工作

网络交换机

模式的改进。HUB集线器(就是所有线路集中汇总到一个设备里的)就是一种共享设备,HUB本身不能识别目的地址,当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时,数据包在以 HUB为架构的网络上是以广播方式传输的,由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。在这种工作方式下,同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯,如果发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网络带宽。通俗的说,普通交换机是不带管理功能的,一根进线,其他接口接到电脑上就可以正常使用了。

以太网交换机

交换机的主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流控。目前交换机还具备了一些新的功能,如对VLAN(虚拟局域网)的支持、对链路汇聚的支持,甚至有的还具有防火墙的功能。

交换机的基本功能;

1. 像集线器一样,交换机提供了大量可供线缆连接的端口,这样可以采用星型拓扑布线。

2. 像中继器、集线器和网桥那样,当它转发帧时,交换机会重新产生一个不失真的方形电信号。

3. 像网桥那样,交换机在每个端口上都使用相同的转发或过滤逻辑。

4. 像网桥那样,交换机将局域网分为多个冲突域,每个冲突域都是有独立的宽带,因此大大提高了局域网的带宽。

5. 除了具有网桥、集线器和中继器的功能以外,交换机还提供了更先进的功能,如虚拟局域网(VLAN)和更高的性能。

交换技术允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整,以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。现在已有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术的交换产品。

类似传统的桥接器,交换机提供了许多网络互联功能。交换机能经济地将网络分成小的冲突网域,为每个工作站提供更高的带宽。协议的透明性使得交换机在软件配置简单的情况下直接安装在多协议网络中;交换机使用现有的电缆、中继器、集线器和工作站的网卡,不必作高层的硬件升级;交换机对工作站是透明的,这样管理开销低廉,简化了网络节点的增加、移动和网络变化的操作。

利用专门设计的集成电路可使交换机以线路速率在所有的端口并行转发信息,提供了比传统桥接器高得多的操作性能。如理论上单个以太网端口对含有64个八进制数的数据包,可提供14880bps的传输速率。这意味着一台具有12个端口、支持6道并行(即同等的带宽速率)数据流的“线路速率”以太网交换器必须提供89280bps的总体吞吐率(6道信息流X14880bps/道信息流)。专用集成电路技术使得交换器在更多端口的情况下得以实现上述性能,其端口造价低于传统型桥接器。

交换机(Switch)是一种基于Mac(网卡的硬件地址)识别,为始发者和接收者之间建立临时的联网路径。

交换机分为:二层交换机、三层交换机或更高层的交换机。三层交换机可以有路由的功能,而且比低端路由器的转发速率更快。

交换机的主要特点是:一次路由,多次转发。

路由器有两大典型功能,即数据通道功能和控制功能。

路由器(Router)亦称选径器,是在网络层实现互连的设备。它比网桥更加复杂,也具有更大的灵活性。路由器有更强的异种网互连能力,连接对象包括局域网和广域网。过去路由器多用于广域网,由于路由器性能有了很大提高,价格下降到与网桥接近,因此在局域网互连中也越来越多地使用路由器。路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备,它能将不同网络或网段之间的数据信息进行"翻译",以使它们能够相互"读"懂对方的数据,从而构成一个更大的网络。路由器有两大典型功能,即数据通道功能和控制功能。数据通道功能包括转发决定、背板转发以及输出链路调度等,一般由特定的硬件来完成;控制功能一般用软件来实现,包括与相邻路由器之间的信息交换、系统配置、系统管理等。

就路由器与交换机来说,主要区别体现在以下几个方面:

(1)工作层次不同

最初的的交换机是工作在OSI/RM开放体系结构的数据链路层,也就是第二层,而路由器一开始就设计工作在OSI模型的网络层。由于交换机工作在OSI的第二层(数据链路层),所以它的工作原理比较简单,而路由器工作在OSI的第三层(网络层),可以得到更多的协议信息,路由器可以做出更加智能的转发决策。

(2)数据转发所依据的对象不同

交换机是利用物理地址或者说Mac地址来确定转发数据的目的地址。而路由器则是利用不同网络的ID号(即IP地址)来确定数据转发的地址。IP地址是在软件中实现的,描述的是设备所在的网络,有时这些第三层的地址也称为协议地址或者网络地址。MAC地址通常是硬件自带的,由网卡生产商来分配的,而且已经固化到了网卡中去,一般来说是不可更改的。而IP地址则通常由网络管理员或系统自动分配。

(3)传统的交换机只能分割冲突域,不能分割广播域;而路由器可以分割广播域

由交换机连接的网段仍属于同一个广播域,广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播,在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域,广播数据不会穿过路由器。虽然第三层以上交换机具有VLAN功能,也可以分割广播域,但是各子广播域之间是不能通信交流的,它们之间的交流仍然需要路由器。

(4)路由器提供了防火墙的服务

路由器仅仅转发特定地址的数据包,不传送不支持路由协议的数据包传送和未知目标网络数据包的传送,从而可以防止广播风暴。

交换机一般用于LAN-LAN的连接,交换机归于网桥,是数据链路层的设备,有些交换机也可实现第三层的交换。路由器用于WAN-WAN之间的连接,可以解决异性网络之间转发分组,作用于网络层。他们只是从一条线路上接受输入分组,然后向另一条线路转发。这两条线路可能分属于不同的网络,并采用不同协议。相比较而言,路由器的功能较交换机要强大,但速度相对也慢,价格昂贵,第三层交换机既有交换机线速转发报文能力,又有路由器良好的控制功能,因此得以广泛应用。

(5)总之,可以这么认为,交换机在具体的城域网中往往扮演着VLAN透传的角色,就是桥。而路由器默认的是不支持二层的,路由器的每一个端口都是一个独立的广播域和冲突域,而交换机是只有一个广播域和端口数量的冲突域,在二层交换机上存在MAC表,三层交换机上存在路由表.MAC.ARP表,在路由器上存在路由表和ARp表。比如当一个路由器上有一个2层的vlan100和另外一个路由器上的3层vlan100对接的时候,是不通的,这时候我们需要借助L2VPN技术来进行互通,比较流行的就是VPLS技术。

简单理解为交换机在数据链层的设备(简单理解为在机房使用)数据同流交换功能,靠MAC寻址。是允许共享型和专用型的局域网段进行带宽调整,以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题,提供了许多网络互联功能。其输入网速是多少,其经过交换机分配并行再输出的也是同等的。

路由器在网络层根据IP地址寻址,而路由器选(路)径,相当于中心分机设备。

最早的通信方式是电话,只要一根足够长的导线,在导线两端加上电话就能实现语音交谈。

后来出现了计算机,那时候计算机真的是为了计算使用的,每台计算机独立工作,如果计算机之间想交换信息,就通过软盘(类似今天的U盘)进行数据拷贝共享。

再后来,计算机数量越来越多,通过软盘拷贝的方式来交换数据显然满足不了需求了,这时候出现了集线器,所有电脑都通过线缆接入集线器,这样就可以实现计算机之间互相通信,但是集线器只是简单的把计算机连接在一起,只要往集线器上发送数据,全部的计算机都会接收到数据,也就是说一台计算机发送数据时会占用全部计算机的通信线路,其它计算机就无法再发送数据。

最后,出现了交换机,交换机比集线器厉害的地方是:交换机会学习,虽然全部的计算机都通过网线插到交换机上,但是只要计算机发送过一次数据,交换机会记录计算机的Mac地址,下一次计算机再发送数据,交换机会只给目标计算机发送数据,而不是全部的计算机都能接收到数据,这样就不会占用其它计算机通信线路。

交换机另一个本事是存储转发,上面说了交换机可以允许同一时间多台计算机之间通信,如果数据量很大交换机来不及处理怎么办,把数据扔了吗?交换机的做法是先把数据接收下来,存储起来,然后前面的数据处理完毕了再把存储里的数据发送出去。如果数据量一直都很大,交换机存储满了,就会把最早的数据丢掉,所以交换机内存大小很关键。做项目时经常遇到监控视频卡顿,这往往是因为便宜的交换机内存缓冲太小导致的,现在很多监控厂家推出监控专用交换机,主打口号都是“大内存”,具体多大也没见写出来。

以上是最基本的交换机功能,在这个基础上演变出了:管理型交换机、POE交换机、三层交换机等。

比如管理型交换机具有VLAN(虚拟局域网)、端口隔离、转发控制等功能;POE交换机具备同时传输数据和给设备供电功能;三层交换机具有路由功能。

现在项目上使用交换机已经非常普遍,而交换机的选择更重要的是适用于不同的场景。国内厂家经过多年的发展,都形成了监控、园区、教育、数据中心等多个类别的交换机系列,我们需要针对不同场景,选择不同的交换机解决方案。

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