交换机配置计算机网络原理

⑴ 交换机配置基础及实例讲解

有关VLAN的技术标准IEEE 802.1Q早在1999年6月份就由IEEE委员正式颁布实施了，而且最早的VLNA技术早在1996年Cisco(思科)公司就提出了随着几年来的发展，VLAN技术得到广泛的支持，在大大小小的企业网络中广泛应用，成为当前最为热门的一种以太局域网技术，接下来是我为大家收集的交换机配置基础及实例讲解，希望能帮到大家。
交换机配置基础及实例讲解
一、VLAN基础

VLAN(Virtual Local Area Network)的中文名为"虚拟局域网"，注意不是""(虚拟专用网)VLAN是一种将局域网设备从逻辑上划分(注意，不是从物理上划分)成一个个网段，从而实现虚拟工作组的新兴数据交换技术这一新兴技术主要应用于交换机和路由器中，但主流应用还是在交换机之中但又不是所有交换机都具有此功能，只有VLAN协议的第三层以上交换机才具有此功能，这一点可以查看相应交换机的 说明书 即可得知。

IEEE于1999年颁布了用以标准化VLAN实现方案的802.1Q协议标准草案VLAN技术的出现，使得管理员根据实际应用需求，把同一物理局域网内的不同用户逻辑地划分成不同的广播域，每一个VLAN都包含一组有着相同需求的计算机工作站，与物理上形成的LAN有着相同的属性由于它是从逻辑上划分，而不是从物理上划分，所以同一个VLAN内的各个工作站没有限制在同一个物理范围中，即这些工作站可以在不同物理LAN网段由VLAN的特点可知，一个VLAN内部的广播和单播流量都不会转发到其他VLAN中，从而有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。

交换技术的发展，也加快了新的交换技术(VLAN)的应用速度通过将企业网络划分为虚拟网络VLAN网段，可以强化网络管理和网络安全，控制不必要的数据广播在共享网络中，一个物理的网段就是一个广播域而在交换网络中，广播域可以是有一组任意选定的第二层网络地址(MAC地址)组成的虚拟网段这样，网络中工作组的划分可以突破共享网络中的地理位置限制，而完全根据管理功能来划分这种基于工作流的分组模式，大大提高了网络规划和重组的管理功能在同一个VLAN中的工作站，不论它们实际与哪个交换机连接，它们之间的通讯就好象在独立的交换机上一样同一个VLAN中的广播只有VLAN中的成员才能听到，而不会传输到其他的 VLAN中去，这样可以很好的控制不必要的广播风暴的产生同时，若没有路由的话，不同VLAN之间不能相互通讯，这样增加了企业网络中不同部门之间的安全性网络管理员可以通过配置VLAN之间的路由来全面管理企业内部不同管理单元之间的信息互访交换机是根据用户工作站的MAC地址来划分VLAN的所以，用户可以自由的在企业网络中移动办公，不论他在何处接入交换网络，他都可以与VLAN内其他用户自如通讯。

VLAN网络可以是有混合的网络类型设备组成，比如：10M以太网、100M以太网、令牌网、FDDI、CDDI等等，可以是工作站、服务器、集线器、网络上行主干等等

VLAN除了能将网络划分为多个广播域，从而有效地控制广播风暴的发生，以及使网络的拓扑结构变得非常灵活的优点外，还可以用于控制网络中不同部门、不同站点之间的互相访问

VLAN是为解决以太网的广播问题和安全性而提出的一种协议，它在以太网帧的基础上增加了VLAN头，用VLAN ID把用户划分为更小的工作组，限制不同工作组间的用户互访，每个工作组就是一个虚拟局域网虚拟局域网的好处是可以限制广播范围，并能够形成虚拟工作组，动态管理网络

二、VLAN的划分 方法

VLAN在交换机上的实现方法，可以大致划分为六类：

1. 基于端口划分的VLAN

这是最常应用的一种VLAN划分方法，应用也最为广泛、最有效，目前绝大多数VLAN协议的交换机都提供这种VLAN配置方法这种划分VLAN的方法是根据以太网交换机的交换端口来划分的，它是将VLAN交换机上的物理端口和VLAN交换机内部的PVC(永久虚电路)端口分成若干个组，每个组构成一个虚拟网，相当于一个独立的VLAN交换机

对于不同部门需要互访时，可通过路由器转发，并配合基于MAC地址的端口过滤对某站点的访问路径上最靠近该站点的交换机、路由交换机或路由器的相应端口上，设定可通过的MAC地址集这样就可以防止非法入侵者从内部盗用IP地址从其他可接入点入侵的可能

从这种划分方法本身我们可以看出，这种划分的方法的优点是定义VLAN成员时非常简单，只要将所有的端口都定义为相应的VLAN组即可适合于任何大小的网络它的缺点是如果某用户离开了原来的端口，到了一个新的交换机的某个端口，必须重新定义

2. 基于MAC地址划分VLAN

这种划分VLAN的方法是根据每个主机的MAC地址来划分，即对每个MAC地址的主机都配置他属于哪个组，它实现的机制就是每一块网卡都对应唯一的 MAC地址，VLAN交换机跟踪属于VLAN MAC的地址这种方式的VLAN允许网络用户从一个物理位置移动到另一个物理位置时，自动保留其所属VLAN的成员身份

由这种划分的机制可以看出，这种VLAN的划分方法的最大优点就是当用户物理位置移动时，即从一个交换机换到其他的交换机时，VLAN不用重新配置，因为它是基于用户，而不是基于交换机的端口这种方法的缺点是初始化时，所有的用户都必须进行配置，如果有几百个甚至上千个用户的话，配置是非常累的，所以这种划分方法通常适用于小型局域网而且这种划分的方法也导致了交换机执行效率的降低，因为在每一个交换机的端口都可能存在很多个VLAN组的成员，保存了许多用户的MAC地址，查询起来相当不容易另外，对于使用 笔记本 电脑的用户来说，他们的网卡可能经常更换，这样VLAN就必须经常配置

3. 基于网络层协议划分VLAN

VLAN按网络层协议来划分，可分为IP、IPX、DECnet、AppleTalk、Banyan等VLAN网络这种按网络层协议来组成的 VLAN，可使广播域跨越多个VLAN交换机这对于希望针对具体应用和服务来组织用户的网络管理员来说是非常具有吸引力的而且，用户可以在网络内部自由移动，但其VLAN成员身份仍然保留不变。

这种方法的优点是用户的物理位置改变了，不需要重新配置所属的VLAN，而且可以根据协议类型来划分VLAN，这对网络管理者来说很重要，还有，这种方法不需要附加的帧标签来识别VLAN，这样可以减少网络的通信量这种方法的缺点是效率低，因为检查每一个数据包的网络层地址是需要消耗处理时间的(相对于前面两种方法)，一般的交换机芯片都可以自动检查网络上数据包的以太网祯头，但要让芯片能检查IP帧头，需要更高的技术，同时也更费时当然，这与各个厂商的实现方法有关。

4. 根据IP组播划分VLAN

IP 组播实际上也是一种VLAN的定义，即认为一个IP组播组就是一个VLAN这种划分的方法将VLAN扩大到了广域网，因此这种方法具有更大的灵活性，而且也很容易通过路由器进行扩展，主要适合于不在同一地理范围的局域网用户组成一个VLAN，不适合局域网，主要是效率不高。

5. 按策略划分VLAN

基于策略组成的VLAN能实现多种分配方法，包括VLAN交换机端口、MAC地址、IP地址、网络层协议等网络管理人员可根据自己的管理模式和本单位的需求来决定选择哪种类型的VLAN 。

6. 按用户定义、非用户授权划分VLAN

基于用户定义、非用户授权来划分VLAN，是指为了适应特别的VLAN网络，根据具体的网络用户的特别要求来定义和设计VLAN，而且可以让非VLAN群体用户访问VLAN，但是需要提供用户密码，在得到VLAN管理的认证后才可以加入一个VLAN。

三、VLAN的优越性

任何新技术要得到广泛支持和应用，肯定存在一些关键优势，VLAN技术也一样，它的优势主要体现在以下几个方面：

1. 增加了网络连接的灵活性

借助VLAN技术，能将不同地点、不同网络、不同用户组合在一起，形成一个虚拟的网络环境，就像使用本地LAN一样方便、灵活、有效VLAN可以降低移动或变更工作站地理位置的管理费用，特别是一些业务情况有经常性变动的公司使用了VLAN后，这部分管理费用大大降低。

2. 控制网络上的广播

VLAN可以提供建立防火墙的机制，防止交换网络的过量广播使用VLAN，可以将某个交换端口或用户赋于某一个特定的VLAN组，该VLAN组可以在一个交换网中或跨接多个交换机， 在一个VLAN中的广播不会送到VLAN之外同样，相邻的端口不会收到其他VLAN产生的广播这样可以减少广播流量，释放带宽给用户应用，减少广播的产生。

3. 增加网络的安全性

因为一个VLAN就是一个单独的广播域，VLAN之间相互隔离，这大大提高了网络的利用率，确保了网络的安全保密性人们在LAN上经常传送一些保密的、关键性的数据保密的数据应 提供访问控制等安全手段一个有效和容易实现的方法是将网络分段成几个不同的广播组，网络管理员限制了VLAN中用户的数量，禁止未经允许而访问VLAN中的应用交换端口可以基于应用类型和访问特权来进行分组，被限制的应用程序和资源一般置于安全性VLAN中

四、VLAN网络的配置实例

为了给大家一个真实的配置实例学习机会，下面就以典型的中型局域网VLAN配置为例向各位介绍目前最常用的按端口划分VLAN的配置方法。

某公司有100台计算机左右，主要使用网络的部门有：生产部(20)、财务部(15)、人事部(8)和信息中心(12)四大部分。

网络基本结构为：整个网络中干部分采用3台Catalyst 1900网管型交换机(分别命名为：Switch1、Switch2和Switch3，各交换机根据需要下接若干个集线器，主要用于非VLAN用户，如行政文书、临时用户等)、一台Cisco 2514路由器，整个网络都通过路由器Cisco 2514与外部互联网进行连接。

所连的用户主要分布于四个部分，即：生产部、财务部、信息中心和人事部主要对这四个部分用户单独划分VLAN，以确保相应部门网络资源不被盗用或破坏。

现为了公司相应部分网络资源的安全性需要，特别是对于像财务部、人事部这样的敏感部门，其网络上的信息不想让太多人可以随便进出，于是公司采用了 VLAN的方法来解决以上问题通过VLAN的划分，可以把公司主要网络划分为：生产部、财务部、人事部和信息中心四个主要部分，对应的VLAN组名为： Prod、Fina、Huma、Info，各VLAN组所对应的网段如下所示。

VLAN 号

VLAN 名 端 口号

2 Prod Switch 1 2-21

3 Fina Switch2 2-16

4 Huma Switch3 2-9

5 Info Switch3 10-21

【注】之所以把交换机的VLAN号从"2"号开始，那是因为交换机有一个默认的VLAN，那就是"1"号VLAN，它包括所有连在该交换机上的用户

VLAN的配置过程其实非常简单，只需两步：

(1)为各VLAN组命名;

(2)把相应的VLAN对应到相应的交换机端口

下面是具体的配置过程：

第1步：设置好超级终端，连接上1900交换机，通过超级终端配置交换机的VLAN，连接成功后出现如下所示的主配置界面(交换机在此之前已完成了基本信息的配置)：

1 user(s) now active on Management Console.

User Interface Menu

[M] Menus

[K] Command Line

[I] IP Configuration

Enter Selection:

【注】超级终端是利用Windows系统自带的"超级终端"(Hypertrm)程序进行的。

第2步：单击"K"按键，选择主界面菜单中"[K] Command Line"选项 ，进入如下命令行配置界面：

LI session with the switch is open.

To end the CLI session,enter [Exit ].

>

此时我们进入了交换机的普通用户模式，就象路由器一样，这种模式只能查看现在的配置，不能更改配置，并且能够使用的命令很有限所以我们必须进入"特权模式"

第3步：在上一步">"提示符下输入进入特权模式命令"enable"，进入特权模式，命令格式为">enable"，此时就进入了交换机配置的特权模式提示符：

#config t

Enter configuration commands,one per line.End with CNTL/Z

(config)#

第4步：为了安全和方便起见，我们分别给这3个Catalyst 1900交换机起个名字，并且设置特权模式的登陆密码下面仅以Switch1为例进行介绍配置代码如下：

(config)#hostname Switch1

Switch1(config)# enable password level 15 XXXXXX

Switch1(config)#

【注】特权模式密码必须是4~8位字符这，要注意，这里所输入的密码是以明文形式直接显示的，要注意保密交换机用 level 级别的大小来决定密码的权限Level 1 是进入命令行界面的密码，也就是说，设置了 level 1 的密码后，你下次连上交换机，并输入 K 后，就会让你输入密码，这个密码就是 level 1 设置的密码而 level 15 是你输入了"enable"命令后让你输入的特权模式密码。

第5步：设置VLAN名称因四个VLAN分属于不同的交换机，VLAN命名的命令为" vlan vlan号 name vlan名称 ，在Switch1、Switch2、Switch3、交换机上配置2、3、4、5号VLAN的代码为：

Switch1 (config)#vlan 2 name Prod

Switch2 (config)#vlan 3 name Fina

Switch3 (config)#vlan 4 name Huma

Switch3 (config)#vlan 5 name Info

【注】以上配置是按表1规则进行的

第6步：上一步我们对各交换机配置了VLAN组，现在要把这些VLAN对应于表1所规定的交换机端口号对应端口号的命令是"vlan- membership static/ dynamic VLAN号 "在这个命令中"static"(静态)和"dynamic"(动态)分配方式两者必须选择一个，不过通常都是选择"static"(静态)方式 VLAN端口号应用配置如下：

(1)名为"Switch1"的交换机的VLAN端口号配置如下：

Switch1(config)#int e0/2

Switch1(config-if)#vlan-membership static 2

Switch1(config-if)#int e0/3

Switch1(config-if)#vlan-membership static 2

Switch1(config-if)#int e0/4

Switch1(config-if)#vlan-membership static 2

……

Switch1(config-if)#int e0/20

Switch(config-if)#vlan-membership static 2

Switch1(config-if)#int e0/21

Switch1(config-if)#vlan-membership static 2

Switch1(config-if)#

【注】"int"是"nterface"命令缩写，是接口的意思"e0/3"是"ethernet 0/2"的缩写，代表交换机的0号模块2号端口

(2)名为"Switch2"的交换机的VLAN端口号配置如下：

Switch2(config)#int e0/2

Switch2(config-if)#vlan-membership static 3

Switch2(config-if)#int e0/3

Switch2(config-if)#vlan-membership static 3

Switch2(config-if)#int e0/4

Switch2(config-if)#vlan-membership static 3

……

Switch2(config-if)#int e0/15

Switch2(config-if)#vlan-membership static 3

Switch2(config-if)#int e0/16

Switch2(config-if)#vlan-membership static 3

Switch2(config-if)#

(3)名为"Switch3"的交换机的VLAN端口号配置如下(它包括两个VLAN组的配置)，先看VLAN 4(Huma)的配置代码：

Switch3(config)#int e0/2

Switch3(config-if)#vlan-membership static 4

Switch3(config-if)#int e0/3

Switch3(config-if)#vlan-membership static 4

Switch3(config-if)#int e0/4

Switch3(config-if)#vlan-membership static 4

……

Switch3(config-if)#int e0/8

Switch3(config-if)#vlan-membership static 4

Switch3(config-if)#int e0/9

Switch3(config-if)#vlan-membership static 4

Switch3(config-if)#

下面是VLAN5(Info)的配置代码：

Switch3(config)#int e0/10

Switch3(config-if)#vlan-membership static 5

Switch3(config-if)#int e0/11

Switch3(config-if)#vlan-membership static 5

Switch3(config-if)#int e0/12

Switch3(config-if)#vlan-membership static 5

……

Switch3(config-if)#int e0/20

Switch3(config-if)#vlan-membership static 5

Switch3(config-if)#int e0/21

Switch3(config-if)#vlan-membership static 5

Switch3(config-if)#

好了，我们已经按表1要求把VLAN都定义到了相应交换机的端口上了为了验证我们的配置，可以在特权模式使用"show vlan"命令显示出刚才所做的配置，检查一下是否正确。

以上是就Cisco Catalyst 1900交换机的VLAN配置进行介绍了， 其它 交换机的VLAN配置方法基本类似，参照有关交换机说明书即可。

看了“交换机配置基础及实例讲解”还想看：

1. 思科交换机基本配置实例讲解

2. CISCO交换机配置操作学习教程

3. 思科交换机配置教程详解

4. Cisco交换机入门配置的方法

5. 2015年网络工程师学习笔记:交换机及其配置

6. 思科交换机镜像配置实例介绍

⑵ 交换机的作用及工作原理是什么

交换机负责连接网络设备（如交换机、路由器、防火墙、无线AP等）和终端设备（如计算机、服务器、摄像头、网络打印机等）；路由器实现局域网与局域网的互联，局域网与Internet的互联；而防火墙作为一个安全网络设备，作用于内部网络与内部网络之间，或者内部网络与Internet之间。总的来说，交换机负责连接设备，路由器负责连接网络，防火墙负责网络访问限制。

1.交换机的功能

交换机的功能是连接计算机、服务器、网络打印机、网络摄像头、IP电话等终端设备，并实现与其它交换机、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，实现所有设备之间的通信。

2.交换机的工作原理

交换机位于OSI参考模型中的第二层（数据链路层），交换机的工作依赖于对MAC地址的识别（所有的网络设备都有一个唯一的MAC地址，通常是由厂商直接烧录进网卡中）。

当交换机从其某个端口收到一个数据包时，先读取包头中的源MAC地址（即发送该数据包的设备网卡的MAC地址），将该MAC地址和端口对应起来添加到交换机内存里的地址表中；然后再读取包头中的目的MAC地址，对照内存里的地址表看该MAC地址与哪个端口对应，如果地址表中有该MAC地址的对应端口，则将该数据包直接复制到对应的端口上，如果没有找到，则将该数据帧作为一个广播帧发送到所有的端口，对应的MAC地址设备会自动接受该帧数据，同时，交换机将接受该帧数据的端口与这个目的MAC地址对应起来放入内存中的地址表中。

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⑶ 交换机、路由器、集线器的工作原理及区别

号称网络硬件三剑客的集线器（Hub）、交换机（Switch）与路由器（Router）一直都是网络界的活跃分子，但让很多初入网络之门的菜鸟恼火的是，它们三者不仅外观相似，而且经常呆在一起，要想分清谁是谁，感觉有点难!就让我们一起来看看它们之间有什么区别和联系吧!

三剑客的工作原理

一、集线器

1.什么是集线器

在认识集线器之前，必须先了解一下中继器。在我们接触到的网络中，最简单的就是两台电脑通过两块网卡构成“双机互连”，两块网卡之间一般是由非屏蔽双绞线来充当信号线的。由于双绞线在传输信号时信号功率会逐渐衰减，当信号衰减到一定程度时将造成信号失真，因此在保证信号质量的前提下，双绞线的最大传输距离为100米。当两台电脑之间的距离超过100米时，为了实现双机互连，人们便在这两台电脑之间安装一个“中继器”，它的作用就是将已经衰减得不完整的信号经过整理，重新产生出完整的信号再继续传送。

中继器就是普通集线器的前身，集线器实际就是一种多端口的中继器。集线器一般有4、8、16、24、32等数量的RJ45接口，通过这些接口，集线器便能为相应数量的电脑完成“中继”功能。由于它在网络中处于一种“中心”位置，因此集线器也叫做“Hub”。

2.集线器的工作原理

集线器的工作原理很简单，以图2为例，图中是一个具备8个端口的集线器，共连接了8台电脑。集线器处于网络的“中心”，通过集线器对信号进行转发，8台电脑之间可以互连互通。具体通信过程是这样的：假如计算机1要将一条信息发送给计算机8，当计算机1的网卡将信息通过双绞线送到集线器上时，集线器并不会直接将信息送给计算机8，它会将信息进行“广播”--将信息同时发送给8个端口，当8个端口上的计算机接收到这条广播信息时，会对信息进行检查，如果发现该信息是发给自己的，则接收，否则不予理睬。由于该信息是计算机1发给计算机8的，因此最终计算机8会接收该信息，而其它7台电脑看完信息后，会因为信息不是自己的而不接收该信息。

3.集线器的特点

1）共享带宽

集线器的带宽是指它通信时能够达到的最大速度。目前市面上用于中小型局域网的集线器主要有10Mbps、100Mbps和10/100Mbps自适应三种。

10Mb带宽的集线器的传输速度最大为10Mbps，即使与它连接的计算机使用的是100Mbps网卡，在传输数据时速度仍然只有10Mbps。10/100Mbps自适应集线器能够根据与端口相连的网卡速度自动调整带宽，当与10Mbps的网卡相连时，其带宽为10Mb；与100Mbps的网卡相连时，其带宽为100Mb，因此这种集线器也叫做“双速集线器”。

集线器是一种“共享”设备，集线器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，数据包在以集线器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。

由于集线器在一个时钟周期中只能传输一组信息，如果一台集线器连接的机器数目较多，并且多台机器经常需要同时通信时，将导致集线器的工作效率很差，如发生信息堵塞、碰撞等。

为什么会这样呢?打给比方，以图2为例，当计算机1正在通过集线器发信息给计算机8时，如果此时计算机2也想通过集线器将信息发给计算机7，当它试图与集线器联系时，却发现集线器正在忙计算机1的事情，于是计算机2便会“带”着数据站在集线器的面前等待，并时时要求集线器停下计算机1的活来帮自己干。如果计算机2成功地将集线器“抢”过来了（由于集线器是“共享”的，因此很容易抢到手），此时正处于传输状态的计算机1的数据便会停止，于是计算机1也会去“抢”集线器……

可见，集线器上每个端口的真实速度除了与集线器的带宽有关外，与同时工作的设备数量也有关。比如说一个带宽为10Mb的集线器上连接了8台计算机，当这8台计算机同时工作时，则每台计算机真正所拥有的带宽是10/8=1.25Mb!

2?半双工

先说说全双工：两台设备在发送和接收数据时，通信双方都能在同一时刻进行发送或接收操作，这样的传送方式就是全双工。而处于半双工传送方式的设备，当其中一台设备在发送数据时，另一台只能接收，而不能同时将自己的数据发送出去。

由于集线器采取的是“广播”传输信息的方式，因此集线器传送数据时只能工作在半双工状态下，比如说计算机1与计算机8需要相互传送一些数据，当计算机1在发送数据时，计算机8只能接收计算机1发过来的数据，只有等计算机1停止发送并做好了接收准备，它才能将自己的信息发送给计算机1或其它计算机。

二、交换机

1.什么是交换机

交换机也叫交换式集线器，它通过对信息进行重新生成，并经过内部处理后转发至指定端口，具备自动寻址能力和交换作用，由于交换机根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从源端口送至目的端口，避免了和其他端口发生碰撞。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。

2.交换机的工作原理

在计算机网络系统中，交换机是针对共享工作模式的弱点而推出的。集线器是采用共享工作模式的代表，如果把集线器比作一个邮递员，那么这个邮递员是个不认识字的“傻瓜”--要他去送信，他不知道直接根据信件上的地址将信件送给收信人，只会拿着信分发给所有的人，然后让接收的人根据地址信息来判断是不是自己的!而交换机则是一个“聪明”的邮递员--交换机拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，当控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在，交换机才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部地址表中。

可见，交换机在收到某个网卡发过来的“信件”时，会根据上面的地址信息，以及自己掌握的“常住居民户口簿”快速将信件送到收信人的手中。万一收信人的地址不在“户口簿”上，交换机才会像集线器一样将信分发给所有的人，然后从中找到收信人。而找到收信人之后，交换机会立刻将这个人的信息登记到“户口簿”上，这样以后再为该客户服务时，就可以迅速将信件送达了。

3.交换机的性能特点

1）独享带宽

由于交换机能够智能化地根据地址信息将数据快速送到目的地，因此它不会像集线器那样在传输数据时“打扰”那些非收信人。这样一来，交换机在同一时刻可进行多个端口组之间的数据传输。并且每个端口都可视为是独立的网段，相互通信的双方独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。比如说，当A主机向D主机发送数据时，B主机可同时向C主机发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽--假设此时它们使用的是10Mb的交换机，那么该交换机此时的总流通量就等于2×10Mb=20Mb。

2）全双工

当交换机上的两个端口在通信时，由于它们之间的通道是相对独立的，因此它们可以实现全双工通信。

三、集线器与交换机的区别

从两者的工作原理来看，交换机和集线器是有很大差别的。首先，从OSI体系结构来看，集线器属于OSI的第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。

其次，从工作方式来看，集线器采用一种“广播”模式，因此很容易产生“广播风暴”，当网络规模较大时性能会受到很大的影响。而当交换机工作的时候，只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口，因此交换机能够在一定程度上隔离冲突域和有效抑制“广播风暴”的产生。

另外，从带宽来看，集线器不管有多少个端口，所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口传送数据，其他端口只能等待，同时集线器只能工作在半双工模式下；而对于交换机而言，每个端口都有一条独占的带宽，当两个端口工作时并不影响其他端口的工作，同时交换机不但可以工作在半双工模式下而且可以工作在全双工模式下。

如果用最简单的语言叙述交换机与集线器的区别，那就应该是智能与非智能的区别。集线器说白了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，不能对信号中的碎片进行处理，所以在传输过程中容易出错。而交换机则可以看作为是一种智能型的集线器，它除了拥有集线器的所有特性外，还具有自动寻址、交换、处理的功能。并且在数据传递过程中，发送端与接受端独立工作，不与其它端口发生关系，从而达到防止数据丢失和提高吞吐量的目的。

四、路由器

1.路由器的作用

通过集线器或交换机，我们可以将很多台电脑组成一个比较大的局域网（图3），但是当机器的数量达到一定数目时，问题也就来了：对于用集线器构成的局域网而言，由于采用“广播”工作模式，当网络规模较大时，信息在传输过程中出现碰撞、堵塞的情况越来越严重，即使是交换机，这种情况也同样存在。其次，这种局域网不安全，也不利于管理。

为了解决这些问题，人们便将一个较大的网络划分为一个个小的子网、网段，或者直接将它们划分为多个VLAN（即虚拟局域网），在一个VLAN内，一台主机发出的信息只能发送到具有相同VLAN号的其他主机，其他VLAN的成员收不到这些信息或广播帧。采用VLAN划分网络后，可有效地抑制网络上的广播风暴，增加网络的安全性，使管理控制集中（图4）。

既然是局域网，万一分别处于不同VLAN的主机需要互相通信时该怎么办呢?这时候就得通过路由器（Router，转发者）来帮忙了。路由器可以将处于不同子网、网段、VLAN的电脑连接起来，让它们自由通信。另外，我们都知道目前的网络有很多种结构类型，且不同网络所使用的协议、速度也不尽相同。当两个不同结构的网络需要互连时，也可以通过路由器来实现。路由器可以使两个相似或不同体系结构的局域网段连接到一起，以构成一个更大的局域网或一个广域网。

可见，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、网段或VLAN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。

2.路由器的工作原理

所谓路由就是指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动。那么路由器具体是如何进行“翻译”工作的呢?我们平时在学习、翻译英语时，肯定会准备一本英汉字典，通过它来实现英文与中文之间的互现转换。而对于路由器而言，它也有这种用于翻译的字典--路径表。路径表（Routing Table）保存着各种传输路径的相关数据，如子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。

通过路由器可以让不同子网、网段进行互连，因此路由器与集线器、交换机不同，它一般安装在网络的“骨干”部位，而不像集线器、交换机那样工作在基层。比如说一个较大规模的企业局域网，基于管理、安全、性能的考虑，一般都会将整个网络划分为多个VLAN，如此一来，当VLAN与VLAN之间进行通讯时，就必须使用路由器。

对于该企业网而言，肯定还需要与互联网相连，对于企业而言，一般都是通过租用电信的DDN专线或者利用ADSL、Cable、ISDN等方式将企业网接入互联网，而此时由于网络体系及所用协议的不同，也需要路由器来完成企业网与互联网的互连工作。

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一般来说，在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间节点。通常，人们会把路由和交换进行对比，这主要是因为在普通用户看来两者所实现的功能是完全一样的。其实，路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。这一区别决定了路由和交换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择，这也是路由器名称的由来。

三剑客的外观比较

前面我们已经讲解了集线器、交换机、路由器的工作原理，但是对于很多初学者来说，有时也希望能够从外观上去区分它们。当然，集线器、交换机、路由器在外观上肯定有所区别，但这些往往只能作为参考信息，毕竟现在很多集线器、交换机与路由器产品在外观上看非常相似。而这里面最难区分的就是普通桌面型的集线器与交换机，而路由器相对比较容易识别。

1.集线器与交换机的外观区别

1）集线器的外观

集线器的结构比较简单，因此集线器一般都比较小巧：接口面板上一般具备8个、16个、24个、32个等数量不等的RJ45接口。

由于单个集线器的最大接口数一般也就32个，如果要连接50台甚至100台主机的话该怎么办呢?集线器上的“Uplink”级联口就是为了解决这个问题而出现的--通过级联口，可以将多个集线器连接在一起，以便拓展集线器的接口数及连接距离，但最多只能级联4个集线器。

与接口对应的则是面板上标有数字的一排或两排指示灯，用来指示集线器的工作状态。其中“Power”是电源指示灯，标有数字的是“Link”（连接）与“Action”（活动）指示灯，当某个RJ45接口中有正确的信号接入时，该接口的“Link”灯呈常亮状态，当有信号传输时，则“Action”灯闪烁。现在集线器一般都将“Link”与“Action”指示灯合二为一，用一个指示灯来完成“Link”与“Action”的工作。

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2）交换机的外观

根据应用范围不同交换机存在着多种多样的外观。例如一些用于骨干线路的交换机，往往采用的是“模块式”集成方式，用户可以通过购买、增加模块来增强交换机的功能，这类交换机一般应用在大型企业，其体积也很大。

而对于那些应用在小型局域网的桌面型交换机，其外观与普通的集线器非常相似，要想在外观上区分它们，除了铭牌上“HUB”与“Switch”标志的区别外，关键是指示灯：如今的交换机大多是10/100Mbps自适应交换机，因此其面板上一般有用来表示该端口是工作在10Mbps还是100Mbps的指示灯。另外，交换机既可以工作在全双工状态下，也可以工作在半双工状态下，因此其面板上一般还有一排“FDX/COL”或“FD/COL”指示灯。

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其中“FDX”或“FD”是“Full Duplex”（全双工）的缩写，当交换机上的某个端口工作在全双工状态时，其对应的“FDX”指示灯会亮，否则该端口工作在半双工状态下；“COL”则是信息碰撞指示灯，当该端口中传输的数据出现碰撞时，则该灯会闪烁，碰撞越厉害，闪烁越厉害。

对于集线器而言，虽然有些10/100Mbps自适应的集线器也有用来指示是工作在10Mbps还是100Mbps的指示灯，但绝对没有“FDX/COL”指示灯。初学者可以通过这一点来区分集线器与交换机。

2.路由器的组成与外观

1）路由器的组成

路由器作为一种高级的网络设备，并不是每个人都可以接触到的，这是因为它的普及性不如集线器、交换机高。

集线器、交换机在工作时都是通过硬件直接实现信号的传输，而路由器则不同，事实上路由器是一台特殊的计算机，它有CPU、存储介质以及操作系统，只不过这些都与PC上的有点差别而已。总的说来，路由器也可分为硬件及软件两部分。软件部分主要是操作系统，普通PC的操作系统有Windows系列、Linux/Unix等，而路由器的操作系统就是IOS（Internetwork Operating System，互联网际操作系统）。

路由器的硬件主要有CPU、接口和存储介质等。路由器中的CPU和计算机中的CPU所要实现的功能都是一样的。一般来说，计算机的CPU处理能力比路由器强大，但是在一些高端路由器上也会用到频率高到300MHz的CPU。路由器中的接口是非常重要的，因为它是连接网络最直接的媒介，它的接口主要有以太网口、串口、FDDI、令牌环等。计算机中有内存和硬盘，路由器中也有，只不过它的名字不同而已；路由器中的存储介质主要有ROM（Read-Only Memory，只读储存设备）、Flash（闪存）、NVROM（非易失性随机存储器）、DRAM（动态随机存储器）等几种。

路由器正是通过其特殊的软件功能来完成路由工作的，由于这种专业的路由器价格昂贵，所以现在人们也会在一些对路由器要求不高的应用环境中利用普通的PC机来实现路由功能，比如说只要在一台PC机上安装Windows2000 Server，然后进行必要的配置，一台“路由器”就打造出来了。

2）路由器的外观

路由器主要运行在骨干网络上，因此外观也千姿百态，比如一些应用于因特网骨干线路的千兆级别的路由器，往往也是模块化设计，体型也很庞大。

而那些应用于中小型企业的路由器则相对比较小巧，这类外观看起来与集线器、交换机差不多的路由器，其最大的外观特点就是端口数量相对较少，但类型多样。

其实也很好理解，路由器主要是用来连接不同类型的网络，它位于网络的最高层，基于成本的考虑，其端口肯定比较少，但同时为了连接多种类型的网络，又必须具备多种类型的网络接口。

⑷ 交换机和路由器各自实现的原理是什么

分类: 电脑/网络 >> 硬件
解析:

1.什么是交换机

交换机也叫交换式集线器，它通过对信息进行重新生成，并经过内部处理后转发至指定端口，具备自动寻址能力和交换作用，由于交换机根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从源端口送至目的端口，避免了和其他端口发生碰撞。广义的交换机就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备。

2.交换机的工作原理

在计算机网络系统中，交换机是针对共享工作模式的弱点而推出的。集线器是采用共享工作模式的代表，如果把集线器比作一个邮递员，那么这个邮递员是个不认识字的“傻瓜”--要他去送信，他不知道直接根据信件上的地址将信件送给收信人，只会拿着信分发给所有的人，然后让接收的人根据地址信息来判断是不是自己的!而交换机则是一个“聪明”的邮递员--交换机拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，当控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在，交换机才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部地址表中。

可见，交换机在收到某个网卡发过来的“信件”时，会根据上面的地址信息，以及自己掌握的“常住居民户口簿”快速将信件送到收信人的手中。万一收信人的地址不在“户口簿”上，交换机才会像集线器一样将信分发给所有的人，然后从中找到收信人。而找到收信人之后，交换机会立刻将这个人的信息登记到“户口簿”上，这样以后再为该客户服务时，就可以迅速将信件送达了。

3.交换机的性能特点

1）独享带宽

由于交换机能够智能化地根据地址信息将数据快速送到目的地，因此它不会像集线器那样在传输数据时“打扰”那些非收信人。这样一来，交换机在同一时刻可进行多个端口组之间的数据传输。并且每个端口都可视为是独立的网段，相互通信的双方独自享有全部的带宽，无须同其他设备竞争使用。比如说，当A主机向D主机发送数据时，B主机可同时向C主机发送数据，而且这两个传输都享有网络的全部带宽--假设此时它们使用的是10Mb的交换机，那么该交换机此时的总流通量就等于2×10Mb=20Mb。

2）全双工

当交换机上的两个端口在通信时，由于它们之间的通道是相对独立的，因此它们可以实现全双工通信。

1.路由器的作用

通过集线器或交换机，我们可以将很多台电脑组成一个比较大的局域网（图3），但是当机器的数量达到一定数目时，问题也就来了：对于用集线器构成的局域网而言，由于采用“广播”工作模式，当网络规模较大时，信息在传输过程中出现碰撞、堵塞的情况越来越严重，即使是交换机，这种情况也同样存在。其次，这种局域网不安全，也不利于管理。

为了解决这些问题，人们便将一个较大的网络划分为一个个小的子网、网段，或者直接将它们划分为多个VLAN（即虚拟局域网），在一个VLAN内，一台主机发出的信息只能发送到具有相同VLAN号的其他主机，其他VLAN的成员收不到这些信息或广播帧。采用VLAN划分网络后，可有效地抑制网络上的广播风暴，增加网络的安全性，使管理控制集中（图4）。

既然是局域网，万一分别处于不同VLAN的主机需要互相通信时该怎么办呢?这时候就得通过路由器（Router，转发者）来帮忙了。路由器可以将处于不同子网、网段、VLAN的电脑连接起来，让它们自由通信。另外，我们都知道目前的网络有很多种结构类型，且不同网络所使用的协议、速度也不尽相同。当两个不同结构的网络需要互连时，也可以通过路由器来实现。路由器可以使两个相似或不同体系结构的局域网段连接到一起，以构成一个更大的局域网或一个广域网。

可见，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、网段或VLAN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。

2.路由器的工作原理

所谓路由就是指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动。那么路由器具体是如何进行“翻译”工作的呢?我们平时在学习、翻译英语时，肯定会准备一本英汉字典，通过它来实现英文与中文之间的互现转换。而对于路由器而言，它也有这种用于翻译的字典--路径表。路径表（Routing Table）保存着各种传输路径的相关数据，如子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路径表可以是由系统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。

通过路由器可以让不同子网、网段进行互连，因此路由器与集线器、交换机不同，它一般安装在网络的“骨干”部位，而不像集线器、交换机那样工作在基层。比如说一个较大规模的企业局域网，基于管理、安全、性能的考虑，一般都会将整个网络划分为多个VLAN，如此一来，当VLAN与VLAN之间进行通讯时，就必须使用路由器。

对于该企业网而言，肯定还需要与互联网相连，对于企业而言，一般都是通过租用电信的DDN专线或者利用ADSL、Cable、ISDN等方式将企业网接入互联网，而此时由于网络体系及所用协议的不同，也需要路由器来完成企业网与互联网的互连工作。

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一般来说，在路由过程中，信息至少会经过一个或多个中间节点。通常，人们会把路由和交换进行对比，这主要是因为在普通用户看来两者所实现的功能是完全一样的。其实，路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层（数据链路层），而路由发生在第三层，即网络层。这一区别决定了路由和交换在移动信息的过程中需要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。路由器通过路由决定数据的转发。转发策略称为路由选择，这也是路由器名称的由来。

三剑客的外观比较

前面我们已经讲解了集线器、交换机、路由器的工作原理，但是对于很多初学者来说，有时也希望能够从外观上去区分它们。当然，集线器、交换机、路由器在外观上肯定有所区别，但这些往往只能作为参考信息，毕竟现在很多集线器、交换机与路由器产品在外观上看非常相似。而这里面最难区分的就是普通桌面型的集线器与交换机，而路由器相对比较容易识别。