三個火槍手的工作原理
壹.樞紐
1.什麽是樞紐
在妳了解集線器之前，妳必須了解中繼器。在我們接觸到的網絡中，最簡單的就是兩臺計算機通過兩塊網卡形成壹個“雙機互聯”，兩塊網卡之間壹般使用非屏蔽雙絞線作為信號線。由於雙絞線在傳輸信號時信號功率會逐漸衰減，當信號衰減到壹定程度時，會造成信號失真，因此在保證信號質量的前提下，雙絞線的最大傳輸距離為100米。當兩臺計算機之間的距離超過100米時，為了實現兩臺計算機之間的互聯，人們在兩臺計算機之間安裝了壹個“中繼器”，其作用是把衰減不完全的信號整理出來，重新生成完整的信號，然後繼續傳輸。
中繼器是普通hub的前身，hub其實就是多端口中繼器。集線器壹般有4、8、16、24、32個RJ45接口，通過這些接口，集線器可以為相應數量的計算機完成“中繼”功能。因為在網絡中處於“中心”地位，所以集線器也叫“樞紐”。
2.輪轂的工作原理
輪轂的工作原理非常簡單。以圖2為例。在圖中，它是壹個有8個端口的集線器，並且* * *連接8臺計算機。集線器處於網絡的中心，信號通過集線器轉發，這樣就可以實現八臺電腦的互聯。具體通信過程如下:如果1計算機要向8號計算機發送消息，當1計算機的網卡通過雙絞線向hub發送消息時，hub不會直接向8號計算機發送消息，而是同時向8個端口“廣播”消息。當八個端口上的計算機接收到該廣播消息時，它們將檢查該消息。如果發現消息是發給自己的，因為信息是1號計算機發給8號計算機的，最終8號計算機會收到信息，而其他7臺計算機不會收到信息，因為不是自己的。
3.樞紐的特點
1)***享受帶寬
集線器的帶寬是指它在通信時可以達到的最大速度。目前中小型局域網使用的集線器有三種:10Mbps，100Mbps，100/100 Mbps自適應。
帶寬為10Mb的集線器最大傳輸速度為10Mbps。即使連接的電腦使用100Mbps網卡，數據傳輸速度依然只有10Mbps。10/100Mbps自適應集線器可以根據端口連接的網卡速度自動調整帶寬。連接10Mbps網卡時，其帶寬為100 MB；連接100Mbps網卡時，其帶寬為100Mb，因此這種集線器也稱為“雙速集線器”。
Hub是“* * *”設備，hub本身無法識別目的地址。同壹個局域網內的主機A向主機B發送數據時，數據包在基於hub的網絡上廣播發送，各終端通過驗證數據包報頭的地址信息來決定是否接收。
由於hub在壹個時鐘周期內只能傳輸壹組信息，如果壹個hub連接了大量的機器，很多機器往往需要同時通信，就會導致hub的工作效率很差，比如信息擁塞、碰撞等。
為什麽會這樣？比如以圖2為例。當計算機1正在通過hub向計算機8發送信息時，如果此時計算機2也想通過hub向計算機7發送信息，當它試圖聯系hub時，發現hub正忙於計算機1，於是計算機2就會“帶著數據站在hub前面”，壹直要求hub停止計算機1的工作來幫助自己。如果計算機2成功“搶”到了hub(因為hub是“* * *”，很容易搶到)，處於傳輸狀態的計算機1的數據會停止，所以計算機1也會“搶”到hub...
可以看出，集線器上每個端口的真實速度不僅與集線器的帶寬有關，還與同時工作的設備數量有關。例如，八臺計算機連接到壹個帶寬為10Mb的集線器。這八臺電腦同時工作時，每臺電腦的真實帶寬是10/8=1.25Mb！
2半雙工
先說全雙工:兩臺設備收發數據時，雙方可以同時發送或接收。這種傳輸模式是全雙工的。但是，在半雙工傳輸模式下，當壹臺設備正在發送數據時，另壹臺設備只能接收數據，而不能同時發送自己的數據。
由於集線器采用“廣播”的方式傳輸信息，因此在傳輸數據時，集線器只能工作在半雙工狀態。比如計算機1和計算機8需要互相傳輸壹些數據。當計算機1在傳輸數據時，計算機8只能接收計算機1發送的數據。只有當1計算機停止發送並準備接收時，它才能將自己的信息發送到。
第二，開關
1.什麽是開關
交換機，也稱為交換集線器，在內部處理後再生信息並將其轉發到指定端口，它具有自動尋址和交換的能力。因為交換機根據傳輸數據包的目的地址獨立地將每個數據包從源端口發送到目的端口，所以它避免了與其它端口的沖突。廣義交換機是在通信系統中完成信息交換功能的設備。
2.開關的工作原理
在計算機網絡系統中，交換機是針對* * *享受工作模式的弱點而引入的。Hub是* * *工作模式的代表。如果把樞紐比作郵差，那麽郵差就是壹個看不懂字的“傻子”——他不知道怎麽根據信上的地址把信直接寄給收信人，只會把信分發給所有有信的人，然後讓收信人根據地址信息判斷是不是自己的！交換機是壹個“智能”郵差——交換機有壹個高帶寬的後總線和壹個內部交換矩陣。交換機的所有端口都掛在這條背面總線上。當控制電路接收到數據包時，處理端口會在內存中查找地址表，確定目的MAC(網卡的硬件地址)的NIC(網卡)掛在哪個端口，通過內部交換矩陣快速將數據包發送到目的端口。如果目的MAC不存在，交換機將向所有端口廣播。收到端口響應後，交換機將“學習”新地址，並將其添加到內部地址表中。
可以看到，當交換機接收到網卡發來的“信件”時，會根據上述地址信息和自己掌握的“常住戶口簿”，迅速將信件發送給收件人。萬壹收信人地址不在“戶口本”上，交換機就會像樞紐壹樣把信分發給所有人，然後找到收信人。找到收件人後，交易所會立即將此人信息登記在“戶口本”上，以便日後服務客戶時，信件能快速送達。
3.交換機的性能特征
1)獨占帶寬
因為交換機可以根據地址信息智能地向目的地發送數據，不會像hub壹樣在傳輸數據時“打擾”那些非接收方。這樣，交換機可以同時在多個端口組之間傳輸數據。而且每個端口可以看作壹個獨立的網段，通信雙方獨立享有所有帶寬，不與其他設備競爭。例如，當主機A向主機D發送數據時，主機B可以同時向主機C發送數據，兩次傳輸都享受網絡的全部帶寬——假設此時使用的是10Mb的交換機，此時交換機的總流量等於2×10Mb=20Mb。
2)全雙工
交換機上的兩個端口在通信時，由於它們之間的通道相對獨立，所以可以實現全雙工通信。
第三，集線器和交換機的區別
從工作原理上看，交換機和集線器有很大的不同。首先，從OSI架構來看，集線器屬於OSI的第壹層物理層設備，而交換機屬於OSI的第二層數據鏈路層設備。
其次，從工作模式上看，hub采用的是“廣播”模式，容易產生“廣播風暴”，網絡規模大的時候性能會受到很大影響。交換機工作時，只有請求端口和目的端口相互響應，不影響其他端口，因此交換機可以在壹定程度上隔離沖突域，有效抑制“廣播風暴”的發生。
另外，在帶寬方面，無論集線器有多少個端口，所有端口共用壹個帶寬，只有兩個端口可以同時傳輸數據，其他端口只能等待，集線器只能工作在半雙工模式；對於交換機來說，每個端口都有專屬帶寬，兩個端口工作時，不會影響其他端口的工作。同時，該交換機不僅可以工作在半雙工模式，也可以工作在全雙工模式。
如果用最簡單的語言描述交換機和集線器的區別，那應該是智能和非智能的區別。說白了，集線器就是壹個連接多臺電腦的網絡設備。它只能起到信號放大和傳輸的作用，無法處理信號中的碎片，所以在傳輸過程中很容易出錯。交換機可視為智能集線器，它不僅具有集線器的所有特性，還具有自動尋址、交換和處理的功能。而且在數據傳輸過程中，發送方和接收方獨立工作，與其他端口沒有關系，從而達到防止數據丟失，提高吞吐量的目的。
第四，路由器
1.路由器的作用
通過集線器或交換機，我們可以將很多臺計算機組合成壹個比較大的局域網(圖3)，但是當機器數量達到壹定數量時，問題就來了:對於壹個由集線器組成的局域網，由於“廣播”工作模式，當網絡規模較大時，信息在傳輸過程中的碰撞和堵塞會越來越嚴重，甚至對於交換機來說也是如此。其次，這種局域網不安全，也不利於管理。
為了解決這些問題，人們將壹個大型網絡劃分成小的子網和網段，或者直接劃分成多個VLANs(即虛擬局域網)。在VLAN中，壹臺主機發送的信息只能發送給具有相同VLAN號的其它主機，其它VLAN的成員無法接收這些信息或廣播幀。使用VLAN劃分網絡後，可以有效抑制網絡上的廣播風暴，增加網絡的安全性，集中管控(圖4)。
既然是局域網，那麽不同VLAN的主機需要互相通信怎麽辦？這時候妳就要通過路由器(路由器)來幫忙了。路由器可以連接不同子網、網段和VLAN的計算機，讓它們自由通信。另外，我們都知道，目前網絡的類型很多，不同的網絡使用的協議和速度也不壹樣。當兩個不同結構的網絡需要互聯時，也可以通過路由器來實現。路由器可以將兩個體系結構相似或不同的局域網段連接起來，形成壹個更大的局域網或廣域網。
可以看出，路由器是連接多個網絡或網段的網絡設備。它可以在不同的網絡、網段或VLAN之間“翻譯”數據信息，使它們可以“讀取”彼此的數據，從而形成壹個更大的網絡。
2.路由器的工作原理
所謂路由，是指通過互聯網絡將信息從源位置移動到目標位置的活動。那麽路由器到底是怎麽翻譯的呢？我們平時學習和翻譯英語的時候，壹定會準備壹本英漢詞典，通過詞典實現英漢共現轉換。對於路由器，它也有這個用於轉換路徑表的字典。路由表存儲了各種傳輸路徑的相關數據，如子網的標識信息、網絡上的路由器數量以及下壹個路由器的名稱等。路徑表可以由系統管理員固定、由系統動態修改、由路由器自動調整或由主機控制。
不同的子網和網段可以通過路由器互連。所以路由器不像集線器和交換機，壹般安裝在網絡的“主幹”上，而不是像集線器和交換機壹樣工作在基層。比如壹個大規模的企業局域網，基於管理、安全和性能的考慮，壹般會將整個網絡劃分為多個VLAN。因此，在VLANs之間進行通信時，必須使用路由器。
對於這個企業網來說，肯定是需要聯網的。對於企業來說，通常是通過租用電信的DDN線路或者使用ADSL、Cable、ISDN來接入互聯網。此時，由於使用的網絡系統和協議不同，還需要路由器來完成企業網與互聯網的互聯。
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壹般來說，在路由過程中，信息至少會經過壹個或多個中間節點。通常，人們會比較路由和交換，主要是因為在普通用戶眼中，它們的功能是完全壹樣的。事實上，路由和交換的主要區別在於，交換發生在OSI參考模型的第二層(數據鏈路層)，而路由發生在第三層，即網絡層。這種差異決定了路由和交換在移動信息的過程中需要使用不同的控制信息，因此實現各自功能的方式也不同。路由器通過路由決定數據的轉發。轉發策略稱為路由，這也是路由器名稱的由來。
三個火槍手的外貌比較
我們已經解釋了集線器、交換機和路由器的工作原理，但是對於很多初學者來說，有時候還是希望能從外觀上把它們區分開來。當然，集線器、交換機、路由器在外觀上肯定是不壹樣的，但這些只能作為參考信息。畢竟現在很多集線器、交換機、路由器產品在外觀上都非常相似。最難區分的是常見的桌面集線器和交換機，而路由器相對容易識別。
1.集線器和交換機的外觀差異
1)輪轂的外觀
集線器的結構比較簡單，所以集線器壹般比較小:接口面板上壹般有8、16、24、32個RJ45接口。
由於單個hub最多接口數壹般是32個，想連接50臺甚至100臺主機怎麽辦？集線器上的“上行”級聯端口的出現，解決了這個問題——通過級聯端口，可以將多個集線器連接在壹起，擴大集線器的接口數量和連接距離，但最多只能級聯4個集線器。
與界面相對應的是面板上壹排或兩排標有數字的指示燈，用來指示輪轂的工作狀態。其中“動力”為動力指標，標有數字的指標為“鏈接”和“行動”。當壹個正確的信號連接到壹個RJ45接口時，該接口的“Link”燈壹直亮著，當壹個信號被發送時，“Action”燈閃爍。目前樞紐壹般將“鏈接”和“動作”指標合二為壹，用壹個指標完成“鏈接”和“動作”的工作。
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2)開關的外觀
根據應用範圍，開關有多種外觀。例如，壹些用於主幹線路的交換機往往采用“模塊化”的集成模式，用戶可以通過購買或添加模塊來增強交換機的功能。這種開關壹般用於大型企業，體積也很大。
對於那些用於小型局域網的臺式交換機，其外觀與普通集線器非常相似。為了在外觀上區分它們，除了銘牌上“hub”和“switch”的區別，關鍵是指示燈:現在的交換機大多是10/100Mbps自適應交換機，所以壹般用它們的面板來表示端口工作在10Mbps。另外，交換機既可以工作在全雙工狀態，也可以工作在半雙工狀態，所以其面板上壹般會有壹排“FDX/COL”或“FD/COL”指示燈。
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其中“FDX”或“FD”是“全雙工”的縮寫，當交換機上的壹個端口工作在全雙工時，其對應的“FDX”指示燈會亮，否則該端口工作在半雙工；“COL”是信息沖突指示器。當該端口傳輸的數據發生碰撞時，指示燈會閃爍，碰撞越嚴重，閃爍越厲害。
對於集線器來說，雖然有些自適應10/100Mbps的集線器也有指標表示是工作在10Mbps還是100Mbps，但是絕對沒有“FDX/COL”指標。初學者可以通過這壹點來區分集線器和交換機。
2.路由器的組成和外觀
1)路由器組成
路由器作為壹種先進的網絡設備，並不是每個人都能接觸到的，因為它的普及程度沒有集線器和交換機高。
集線器和交換機工作時直接通過硬件傳輸信號，而路由器不壹樣。其實路由器是壹臺特殊的計算機，有CPU，有存儲介質，有操作系統，只是這些和PC上的有點不壹樣。壹般來說，路由器也可以分為硬件和軟件。軟件部分主要是操作系統。普通PC的操作系統有Windows系列、Linux/Unix等。，而路由器的操作系統是IOS(互聯網工作操作系統)。
路由器的硬件主要包括CPU、接口和存儲介質。路由器裏的CPU和電腦裏的CPU功能是壹樣的。壹般來說，電腦的CPU處理能力比路由器強，但壹些高端路由器也使用頻率高達300MHz的CPU。路由器中的接口非常重要，因為它是連接網絡最直接的介質，其接口主要有以太網口、串口、FDDI、令牌環等。電腦裏有內存和硬盤，路由器裏也有，只是名字不壹樣；路由器中的存儲介質主要有ROM(只讀存儲器)、Flash(閃存)、NVROM(非易失性隨機存取存儲器)、DRAM(動態隨機存取存儲器)等。
路由器正是通過其特殊的軟件功能來完成路由工作的。由於這種專業路由器價格昂貴，所以現在人們會在壹些對路由器要求不高的應用環境下，使用普通PC來實現路由功能。例如，只要在PC上安裝Windows2000 Server，然後進行必要的配置，就會構建壹個“路由器”。
2)路由器的外觀
路由器主要運行在骨幹網上，所以外觀也是五花八門。比如壹些互聯網骨幹線路使用的千兆路由器，往往是模塊化設計，體積龐大。
那些中小企業用的路由器比較小。這些看起來類似於集線器和交換機的路由器，最大的外觀就是端口數量相對較少，但類型多樣。
其實很好理解，路由器主要是用來連接不同類型的網絡。它位於網絡的最高層。考慮到成本，它的端口肯定是少的，但同時為了連接各種類型的網絡，它必須有各種類型的網絡接口。
購買三個火槍手
集線器、交換機、路由器的工作原理、性能特點、價格各不相同，所以在搭建網絡平臺時，要根據實際需求科學選擇產品。當然，我們這裏討論的購物主要是針對壹些中小型網絡。對於校園網和大型企業網，由於涉及的方面太多，壹般需要專業的網絡工程師進行網絡設計和產品選購。
壹.針對不同用戶需求的建議
1.普通家庭用戶
壹般壹個家庭的電腦數量是有限的，聯網的目的壹般是為了上網和玩網絡遊戲。由於電腦數量少，對帶寬要求不高，所以選擇8個端口以下，10Mbps帶寬的集線器比較合適。目前這類產品很多，價格也很便宜，壹般在80~100元之間。
hub的特點是價格低廉，但由於“* * *共享帶寬”的工作模式，hub只適用於對價格敏感、網絡規模小、數據傳輸量小的用戶。
2.學生宿舍
對於學生宿舍來說，壹般都有大量的電腦，而且宿舍之間距離很近，聯網很方便。學生普遍更喜歡上網、玩網絡遊戲、欣賞視頻等。通過聯網，所以對帶寬的要求比較高。另外，學生作息時間差不多，很多電腦經常同時上網，所以最好的選擇是用交換機。交換機獨占帶寬的工作模式，可以滿足學生對高帶寬的要求，同時也可以避免多臺機器同時通信造成的網絡擁塞。考慮到學生的經濟承受能力不高，可以選擇國內廠商生產的低端10/100Mbps自適應臺式交換機。端口數量要根據聯網的電腦數量來考慮，但最好選擇16端口的主流產品。目前這些低端產品的價格大多在700元以下，對於學生來說也是買得起的。如果端口數量不夠，可以通過級聯的方式解決。
當然，我們針對的是壹些對網速要求高的學生宿舍。如果上網的電腦不多(10以下)，只想* *享受上網的樂趣或者玩壹些對網速要求不高的遊戲，也可以考慮使用10Mbps的集線器，但不建議使用100 Mbps。如果要求更高，可以去市場上找找那些mini 10Mbps的交換機。這些產品壹般端口數量少，而且很便宜，壹般在200元左右。
3.中小型辦公網絡
對於中小型辦公網絡，如果考慮性能、穩定性和未來擴展性，最好選擇10/100Mbps自適應交換機來構建局域網。對於小型辦公網絡，也可以考慮集線器。
現在的辦公室壹般都需要* * *才能上網，目前* * *享受ADSL接入。對於中小型辦公網絡，由於壹般沒有專業的服務器，如果想享受上網的樂趣，可以通過配置壹個ADSL路由器來解決* * *的問題，這樣可以省去壹個代理服務器。目前這種ADSL路由器比較便宜，可供選擇的產品也比較多。
二、樞紐選擇標準
1.註意帶寬標準
根據帶寬的不同，局域網(壹般指小型局域網)使用的集線器可分為10Mbps、100Mbps和100/100 Mbps三種。選擇哪種集線器主要看三個因素:a .連接設備的帶寬:如果連接設備支持IEEE802.3U，自然可以買100Mbps的集線器，否則只能選擇100 Mbps；b .站數:由於連接到hub的所有計算機都在競爭同壹個上行總線，且處於同壹個沖突域，如果計算機數量較多，最好選擇帶寬高的那臺；c .應用要求。
2.是否符合擴容要求？
集線器根據端口數量壹般分為8端口、16端口和24端口。當集線器無法提供足夠的端口時，通常有兩種擴展方式:
A.堆疊:堆疊是解決單個集線器端口不足的壹種方法，但由於多個集線器堆疊在壹起仍工作在同壹環境中，堆疊層數不宜過多。市場上的壹些樞紐是賣點，因為它們比其他品牌有更多的堆疊層。如果出現這種情況，我們要辯證地認識到:壹方面，可堆疊層數越多，樞紐的穩定性越高；另壹方面，可堆疊層越多，每個用戶實際享受的帶寬就越小。
B.級聯:級聯是另壹種增加網絡用戶數量的方法，但該功能的使用壹般是有條件的，即集線器必須提供級聯端口，端口上往往標有“Uplink”或“MDI”字樣，可以用來與其他集線器級聯。如果沒有提供特殊端口，級聯時，連接兩個集線器的雙絞線在制作時壹定是接錯線了。
3.妳支持網絡管理功能嗎？
根據HUB管理方式的不同，可以分為dambhub？分樞紐和智能樞紐？有兩種智能集線器。智能集線器改善了普通集線器的缺點，增加了網絡交換功能，具有網絡管理和自動檢測網口速度的能力(類似於交換機)。而分集線器只起到簡單的信號放大和再生的作用，並不能優化網絡性能。早期的* * *享受型集線器壹般不具備智能，而現在流行的100Mbps集線器和10/100Mbps自適應集線器大多具備智能。
4.註意接口類型
在選擇HUB時，還要註意信號輸入口的接口類型，用雙絞線連接時需要RJ-45接口。如果用細電纜連接，需要BNC接口；需要AUI接口，用粗電纜連接；局域網遠距離連接時，還需要有光纖接口與光纖連接。早期的10Mbps集線器通常有三個接口:RJ-45、BNC和AUI。壹般100Mbps集線器和10/100Mbps集線器只有RJ-45接口，有的還有光纖接口。
5.註意品牌和價格
目前市面上的高端HUB市場主要被美國產品占據，如3COM、Intel等，設計獨特。壹般幾個端口配壹個處理器，但是價格比較高。臺灣省的D-Link和Accton的產品占據了低端市場的主要份額，而壹些大陸公司，如聯想和實達，也推出了自己的產品。中低端產品壹般采用單處理器技術，其外圍電路的設計也大同小異。品牌之間質量沒有太大差別。相對來說，大陸產品的價格要便宜很多。