交换式集线器共享网络

1. 交换式集线器的工作原理

1）交换式集线器由：端口、缓冲区、信息帧的转发机构和背板体系结构。
交换式集线器可以同时接收多个端口信息，并可以同时将这些信息发向多个
目标地址对应的端口。交换式集线器还可以将从一个端口接收的信息发向多个端口。由
于每个端口都有其专用的转发通道，从而避免了共享式集线器中因共享传输通道所造成
的冲突。但是，交换式集线器中冲突依然存在，如果两个接收端口都要向同一个输出端
口转发时，就形成了冲突。但是，这个冲突相对于共享式集线器来说，无论是冲突的概
率，还是冲突的范围，都要小得多。交换式集线器端口之间的冲突可以通过集线器内部
的功能来协调。还有一种形式的冲突，就是如果交换式集线器端口连接到一个传统的以
太网段上，该以太网段中仍存在冲突，这种冲突可以由CSMA/CD协议来处理。
2）尽管当前FDDI和令牌环的集线器产品已经在市场上出现，然而占绝对优势的仍
是10BASE-T和100BASE-T端口的集线器。另外，集线器端口也可以是100BASE-TX，
100BASE-T4或100BASE-FX。
3）缓冲能力和拥塞控制
一般说来，大的缓冲区意味着较好的性能，但同时价格也就高。许多交换式集
线器厂商选择拥塞控制机制来防止缓冲区溢出的情况发生。拥塞控制可以采用这种方法
实现：向高速结点发送“假”冲突，迫使它进入后退状态，暂停数据发送，从而使得集
线器得以腾空缓冲区。如果某端口识别出它的缓冲区快满时，则立即发送拥塞模
式信号给发送结点。发送结点则按冲突原则中断发送，进入标准后退状态。发送结点将
保持此状态，直至该端口腾空内部缓冲区。这种类型的拥塞控制适用于半双工端口。
4）转发机构
交换式集线器具有网桥的功能，它必须知道要转发的信息帧的类型。信息帧的
转发方法可以是存储转发式、切入式或改进的切入式。交换式集线器中，帧转发机构将
在帧的延迟等待和错误检验的可靠性之间作出折衷选择。三种转发机构分别如下：
存储转发式（store and forward):
将发来的帧在发送到一个端口之前先全部存储在内部存储器中。此时，交换式
集线器的延迟等待时间至少等于整个祯的传输时间。这样一来，如果集线器的级联数较
大时，可能导致性能恶化。但是，此种方式可以对帧进行CRC校验，从而滤掉不正确的或
有冲突的帧。
切入式（cut_through):
只查看信息帧的目的地址（位于帧头部分），然后立即进行信息帧的转发，从
而使得帧的延迟大为降低。此种方法实际上将目的地址有效的所有信息帧全部进行转发
，就有可能将有错误的帧、有冲突的帧也转发了出去。相对主干网而言，切入式的方法
适合于工作组级别的集线器。
改进型切入式:
这种方式综合了以上两种方式的优点。其方法是先保存帧头的64个字节，如果
帧不正确，则立即丢弃，因为通过帧的头64个字节就可以判断出包的好坏，所以这种方
式是以上两种方式的折衷。不过，改进型切入式在短帧（一般是控制帧）时与存储转发
式相似，在长帧（一般是数据帧）时与切入式相似。这是改进型切入式的一个缺点，因
为控制帧一般要求短的延迟，而数据帧一般需要好的错误校验。这是一对矛盾。
5）背板体系结构
交换式集线器的背板体系结构定义了如何通过其内部的电子线路完成从一个端
口向另一个端口转发信息帧。背板体系结构对交换式集线器来说至关重要，大多数情况
下，交换式集线器受到它的背板体系结构的限制。交换式集线器通常有两种工作方式：
循环法和优先端口服务模式，这两种方法对应着两种不同的背板体系结构。
循环法（或先来先服务）开关体系结构一次服务一对端口。如果端口没有活
动，则跳过它。此体系结构适用于每个端口的通信量基本相等，而且频繁使用的交换式
集线器。优先端口服务模式引入一种各活动端口争用总线的原则，这种类型的体系结构
适合于能处理突发性（burst）通信量的10/100Mbps型交换式集线器，而且一般比循环
法的体系结构灵活性强。较高档的交换式集线器可以按照这两种体系结构进行配制。
6）网络管理
共享介质网络中，所有网络端口都可以监听该网络段上的所有通信，网络管理
较易实现。而对于交换式以太网，由于各网络交换式集线器要对通信流进行交换，因此
管理就相当复杂。对于交换式集线器的管理方案主要有两种。一种是将管理的功能纳入
到集线器的背板体系结构中，由背板上的功能部件进行信息统计，并将结果以唯一的以
太网址存储在管理部件中。查询可以通过访问此管理部件来实现。此种方法的缺点是兼
容性太差，不同的厂商有不同的设计模式，通常仅局限于SNMP统计。第二种方法叫作“
端口别名法”，它允许交换式集线器将任何给定的端口“映射”到专用的管理端口上。
该管理端口配备特别的管理终端或Pc，用于收集各种统计信息。此管理方法无具体标准
可循。
当前，许多厂商已采用新的远程监控（RMON）MIB，它允许对交换进行SNMP型端
口顺序管理。
7）交换式集线器的其他特点
交换式集线器的特殊点是每端口支持多少网络地址，由于每一端口都象一个进
行转发的网桥，所以集线器要保持一张该端口外的所有结点地址表。这些表可能很长，
要占用大量的存储器，因此许多厂商只允许每端口有少量的地址。
交换式集线器的另外一个特点是可配置性。由于网络带宽愈来愈高，因此集线
器的设计要能适合网络发展需要的可升级性。例如，100BASE-TX的交换式集线器允许将
快速以太网推广到5类UTP的工作组中，但对于需要100BASE-T4、100BASE-FX的工作组则
不能方便地连接。解决这个问题有两种方法，一个是采用带有介质无关性接口（MII）
的端口，另一种方法是将外部收发器连接到MII端口上来实现与任何类型以太网或快速
以太网传输协议的转换。
8）全双工原理
目前许多种交换式集线器都支持全双工的通信方式。常规的以太网基于共享介
质，采用半双工方式。因为，共享介质网络中，一个站发送数据时，其他站点必须监
听。也就是说，信道任何时候只能有一个方向在传输数据，要么发送，要么接收，绝不
能兼而有之。全双工方式要求通信的双方具有点对点的连接。10BASE-T和以太网交换技
术的结合使得传输信道不是由多个用户共享，而是以点对点方式实现了通信双方的连
接。从而使得全双工以太网的实现成为可能。全双工以太网的实现基于Kalpana方法；
〈1〉一对UTP（或一根光纤）只用以传送数据，而另一对UTP线用作接收数据；
〈2〉不需要载波监听（CRS），因为电缆只为一个结点接收和发送数据；
〈3〉不需要冲突检测和二进制指数方式的后退算法，因为不会发生冲突。
目前，市场上的10Mbps全双工设备和100BAST-T交换式集线器多采用Kalpana方法。
采用全双工，可以使速率达到200Mbps，点-点距离采用光纤时可达2km。
9）第三层交换
交换式集线器端口具有网桥功能，可看成是多端口网桥。网桥工作的基本原则
是具有过滤作用，将进入帧的但目标地址不属于本端口连接的各工作站MAC地址的帧转
发到其他端口，如果是非法或错误的地址，则集线器各端口都会转发出去，，形成广播
风暴，这就是spanning tree的协议。对于担任网络主干的100BASE-FL集线器它会消耗过
多的网络带宽。为了避免广播风暴，在100BASE-FL集线器中引入第三层交换（Layer 3
Switching），该交换式集线器除按第二层MAC地址进行交换外，还工作在第三层及网络
层。对于TCP/IP网络或INTERNET网，应用最为广泛，第三层交换即为IP交换，即在转发
信息时对除第二层MAC地址外，还要查看IP地址。对于非法的MAC地址就没有对应的IP地
址，则不会形成广播风暴。第三层交换应用于网络主干的交换式100BASE-FL，对提高
网络性能有很大好处。但是可以看出，由于IP交换工作在第三层，这样对100BASE-FL的
交换速度有一些影响，但总体上利大于弊，因此交换式集线器引入第三层交换是一种先
进的思想和技术。

2. 为什么要用交换式网络代替共享式网络

对局域网的中心交换机进行网络分段后，以太网侦听的危险仍然存在。这是因为网络最终用户的接入往往是通过分支集线器而不是中心交换机，而使用最广泛的分支集线器通常是共享式集线器。这样，当用户与主机进行数据通信时，两台机器之间的数据包（称为单播包Unicast Packet）还是会被同一台集线器上的其他用户所侦听。一种很危险的情况是：用户TELNET到一台主机上，由于TELNET程序本身缺乏加密功能，用户所键入的每一个字符（包括用户名、密码等重要信息），都将被明文发送，这就给黑客提供了机会。因此，应该以交换式集线器代替共享式集线器，使单播包仅在两个节点之间传送，从而防止非****侦听。当然，交换式集线器只能控制单播包而无****控制广播包（Broadcast Packet）和多播包（Multicast Packet）。所幸的是，广播包和多播包内的关键信息，要远远少于单播包

3. 交换机与集线器介质共享方式的区别

首先说HUB,也就是 集线器 。它的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网。而 交换机 （又名交换式集线器）作用与集线器大体相同。但是两者在性能上有区别：集线器采用的式共享带宽的工作方式，而交换机是独享带宽。这样在机器很多或数据量很大时，两者将会有比较明显的。而 路由器 与以上两者有明显区别，它的作用在于连接不同的网段并且找到网络中数据传输最合适的路径 ，可以说一般情况下个人用户需求不大。路由器是产生于交换机之后，就像交换机产生于集线器之后，所以路由器与交换机也有一定联系，并不是完全独立的两种设备。路由器主要克服了交换机不能路由转发数据包的不足。

总的来说，路由器与交换机的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-WAN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。

目前个人比较多宽带接入方式就是ADSL，因此笔者就ADSL的接入来简单的说明一下。现在购买的ADSL猫大多具有路由功能（很多的时候厂家在出厂时将路由功能屏蔽了，因为电信安装时大多是不启用路由功能的，启用DHCP。打开ADSL的路由功能），如果个人上网或少数几台通过ADSL本身就可以了，如果电脑比较多你只需要再购买一个或多个集线器或者交换机。考虑到如今集线器与交换机的 价格相差十分小，不是特殊的原因，请购买一个交换机。不必去追求高价，因为如今产品同质化十分严重，我最便宜的交换机现在没有任 何问题。给你一个参考报价，建议你购买一个8口的，以满足扩充需求，一般的价格100元左右。接上交换机，所有电脑再接到交换机上就行了。余下所要做的事情就只有把各个机器的网线插入交换机的接口，将猫的网线插入uplink接口。然后设置路由功能，DHCP等， 就可以共享上网了。

看完以上的解说读者应该对交换机、集线器、路由器有了一些了解，目前的使用主要还是以交换机、路由器的组合使用为主，具体的组合方式可根据具体的网络情况和需求来确定。

4. 和共享式以太网相比，交换式以太网有什么不同的特点

独享带宽，无序竞争、采用点对点传输方式，实现全双工通信、支持VLAN应用，有效隔离数据，避免广播风暴、交换式以太网与传统以太网很好地兼容，最大限度地保护了用户投资

5. 共享式以太网与交换式以太网的区别是什么

网络中的共享和交换这两个概念。在此，打个比方，同样是10个..

车道的马路，如果没有给道路标清行车路线，那么车辆就只能在无序的状态下抢道或占道通行，容易发生交通堵塞和反向行驶的车辆对撞，使通行能力降低。为了避免上述情况的发生，就需要在道路上标清行车线，保证每一辆车各行其道、互不干扰。共享式网络就相当于前面所讲的无序状态，当数据和用户数量超出一定的限量时，就会造成碰撞冲突，使网络性能衰退。而交换式网络则避免了共享式网络的不足，交换技术的作用便是根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从端口送至目的端口,避免了与其它端口发生碰撞，提高了网络的实际吞吐量。
共享式以太网存在的主要问题是所有用户共享带宽，每个用户的实际可用带宽随网络用户数的增加而递减。这是因为当信息繁忙时，多个用户都可能同进“争用”一个信道，而一个通道在某一时刻只充许一个用户占用，所以大量的经常处于监测等待状态，致使信号在传送时产生抖动、停滞或失真，严重影响了网络的性能。
集线器上是一个中继器，而中继器的主要功能是对接收到的信号进行整形再生放大，使被衰减的信号再生（恢复）到发送时的状态，以扩大网络的传输距离，而不具备信号的定向传送能力。
交换式以太网中，交换机供给每个用户专用的信息通道，除非两个源端口企图将信息同时发往同一目的端口，否则各个源端口与各自的目的端口之间可同时进行通信而不发生冲突。

6. 交换式以太网和共享式以太网的区别

1、定义不同：

在局域网中大量地使用了集线器和交换机作为联网中继设备，其中使用集线器进行连接的局域网称为共享式局域网，而使用交换机进行连接的局域网则称为交换式局域网。

2、核心不同：

共享式以太网的典型代表是使用10Base2/10Base5的总线型网络和以集线器为核心的星型网络。在使用集线器的以太网中，集线器将很多以太网设备集中到一台中心设备上。

交换式以太网是以交换式集线器或者交换机为中心构建的星形拓扑结构网络。在交换式以太网中，交换机根据接收到的数据帧中的MAC地址决定数据帧应发往交换机的哪个端口。

(6)交换式集线器共享网络扩展阅读：

使用交换式以太网替换共享式以太网不需要改变原有网络的其它硬件，包括电缆和用户网卡，仅需要用交换式集线器或交换机替换传统的集线器，因此可以节省用户网络升级的费用。使用交换式以太网替代共享式以太网的原因：

1、减少冲突：交换机将冲突隔绝在每一个端口（即每个端口都是一个冲突域），避免了冲突的扩散。

2、提升带宽：接入交换机的每个节点都可以使用全部的带宽，而不是各个节点共享带宽。

7. 交换机、路由器、网桥、集线器 作用和区别、实现功能

集线器：工作在物理层，用于构成冲突域（广播域）。

网桥/交换机：工作在数据链路层，用于连接不同的网络。网桥/交换机会在自身存储其硬件端口与MAC地址的映射关系。一般使用网桥/交换机隔离LAN。简单来说，网桥可以看做一个端口数少的交换机。

路由器：工作在网络层。用于连接不同网络，进行分组转发。区别在于，网桥/交换机根据MAC转发，路由器根据ip进行转发。

(7)交换式集线器共享网络扩展阅读：

网关的分类

（1)协议网关：协议网关通常在使用不同协议的网络区域间做协议转换。

（2)应用网关：应用网关是在使用不同数据格式间翻译数据的系统。

（3)安全网关：安全网关是各种技术的融合，具有重要且独特的保护作用，其范围从协议级过滤到十分复杂的应用级过滤。

HUB,也就是集线器。它的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网。而交换机（又名交换式集线器）作用与集线器大体相同。但是两者在性能上有区别：集线器采用的式共享带宽的工作方式，而交换机是独享带宽。

这样在机器很多或数据量很大时，两者将会有比较明显的。而路由器与以上两者有明显区别，它的作用在于连接不同的网段并且找到网络中数据传输最合适的路径 ，可以说一般情况下个人用户需求不大。

路由器是产生于交换机之后，就像交换机产生于集线器之后，所以路由器与交换机也有一定联系，并不是完全独立的两种设备。路由器主要克服了交换机不能路由转发数据包的不足。

交换机和路由器的区别：

从应用上说：

交换机和路由器的使用中最大的区别莫过于路由器内部可实现拨号上网，然后通过共享给多台电脑同时上网，而交换机内部不具有拨号功能，但交换机的作用是将网络信号分流，以实现更多电脑连接共享上网。

大家可以这样认为，交换机可以将多台电脑连接起来，与交换机互连的电脑本身则具备了互相通信的功能，组建成了一个内部局域网，但需要访问互联网还需要有网络支持。

因此交换机一端需要连接到路由器，路由器即可实现交换功能，还可以拨号，实现宽带连接，并将宽带资源分配个交换机使用，这样就实现了多台电脑共享上网。

8. 共享式局域网和交换式局域网的区别

共享式局域网和交换式局域网的区别为：冲突域不同、数据传输不同、连通不同。

一、冲突域不同

1、共享式局域网：共享式所有端口均是同一个冲突域。

2、交换式局域网：交换式局域网每个端口下是一个独立的冲突域。

二、数据传输不同

1、共享式局域网：共享式局域网中所有的用户都依赖单条共享介质，所以在技术上不可能同时发送和接收数据。

2、交换式局域网：交换式局域网每个站点可以同时发送和接收数据，一对线用于发送数据，另一对线用于接收数据。

三、连通不同

1、共享式局域网：共享式局域网通过总线这一共享介质使PC全部连通。

2、交换式局域网：交换式局域网通过VLAN（虚拟局域网）划分不同的网段，从而使同一网段的PC可以通信。

9. 交换式集线器与共享式集线器相比有何优点求解答

交换机(即你说的交换式集线器)增加了冲突域,把冲突域范围缩小,每条线路是一个冲突域.这样计算机不像在用共享式集线器那样之间会有冲突,这样增加了网络性能. 同时弥补了以太网布线不方便,容易出现单点故障,扩展等缺陷.