集线器与交换机：网络传输的中枢，有何异同？

在计算机网络的世界里，集线器与交换机是两个至关重要的设备，它们各自扮演着不同的角色，对网络性能和结构有着深远的影响。对于那些对计算机网络技术感兴趣，特别是想要深入了解集线器与交换机作用及区别的用户来说，本文将是一次全面的探索之旅。

集线器的作用

集线器，英文名为Hub，简单来说，就是将网线集中到一起的机器，也可以理解为多台主机和设备的连接器。它的主要功能是对接收到的信号进行同步整形放大，以扩大网络的传输距离。从这个角度看，集线器可以被视为一种中继器，不过与普通中继器不同的是，集线器能够提供多端口服务，因此也被称为多口中继器。

集线器的工作原理相对简单：它会把一个端口接收的所有信号向所有其他端口分发出去。这种信息分发的方式，意味着集线器在工作时更像是一个“大喇叭”，无论哪个端口接收到信号，它都会以广播的形式发送给所有其他端口。一些集线器在分发信号之前，还会对弱信号进行重新生成，或者整理信号的时序，以确保所有端口间的同步数据通信。

集线器在网络中通常处于一种“中心”位置，连接着多个设备，因此得名“HUB”。它提供了不同数量的RJ45接口，如4、8、16、24、32等，通过这些接口，集线器能够为相应数量的电脑完成“中继”功能，即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。

交换机的作用

交换机，英文名为Switch，是计算机网络中的核心设备之一，负责在网络中转发数据包。与集线器相比，交换机在数据处理和转发方面更加智能和高效。

交换机的基本功能包括：

1. 数据包转发：交换机能够根据数据包中的目标MAC地址，决定将数据包转发到哪个端口，从而实现设备间的通信。

2. 学习MAC地址：交换机会自动学习连接在每个端口上的设备的MAC地址，并将其存储在转发表中。这使得交换机能够快速决定如何转发数据包，提高网络效率。

3. 减少冲突：交换机为每个端口提供了独立的碰撞域，因此不同的设备可以同时发送和接收数据，减少了网络中的冲突。

4. 提高带宽：通过使用全双工通信，交换机能够同时接收和发送数据，进一步提高网络带宽利用率。

5. VLAN支持：许多交换机支持虚拟局域网（VLAN），通过将不同的端口划分到不同的VLAN中，可以提升网络的安全性和管理灵活性。

6. 流量控制：交换机可以管理网络流量，避免因为过载而导致的网络性能下降。

7. 安全功能：一些交换机提供访问控制列表（ACLs）和其他安全功能，可以限制不必要的网络访问，增强网络安全性。

8. 网络监控与管理：高端交换机通常支持网络监控和管理功能，帮助网络管理员对网络流量进行监测和分析，提高网络管理的效率。

集线器与交换机的区别

尽管集线器和交换机都是网络连接设备，但它们在多个方面存在显著的差异：

1. 工作层次不同：

集线器主要工作在物理层，是OSI/RM开放体系模型中的1层设备。不过也有说法认为集线器同时工作在第一层（物理层）和第二层（数据链路层）。

交换机则至少是工作在第二层（数据链路层），更高级的交换机可以工作在第三层（网络层）和第四层（传输层）。

2. 数据传输方式不同：

集线器采用广播原理进行数据传输。无论哪个端口接收信号，它都会以广播方式发送给所有其他端口。这种方式容易导致网络中的广播风暴和数据泄露。

交换机则根据MAC地址进行数据交换。每个端口都有明确的MAC地址，交换机只会将信号发送到对应的端口，确保数据传输的准确性和效率。如果交换机在MAC地址表中找不到目的地址，它才会第一次使用广播方式发送，但之后就会根据学习到的MAC地址进行有目的的发送。

3. 带宽占用方式不同：

集线器的所有端口共享集线器的总带宽。这意味着接入设备越多，每个设备可用的带宽就越少，网络速度也就越慢。

交换机的每个端口都具有自己的带宽。例如，一个百兆交换机可以确保每个端口都享有百兆带宽。这样，即使接入多个设备，也不会影响每个设备的网络速度。

4. 传输模式不同：

集线器只能采用半双工方式进行传输。因为集线器是共享传输介质的，所以在上行通道上集线器一次只能传输一个任务，要么是接收数据，要么是发送数据。

交换机则可以采用全双工方式进行传输。这意味着交换机的每个端口都可以同时接收和发送数据，从而进一步提高网络带宽利用率和数据处理能力。

5. 智能程度不同：

集线器只能起到信号放大、传输的作用，但不能对信号中的碎片进行处理。因此，在传输过程中容易出现错误。

交换机则是一种智能型的集线器。它除了包括集线器的所有特性外，还具有自动寻址、交换、处理的功能。这使得交换机在传递过程中能够防止数据丢失并提高吞吐量。

6. 处理能力不同：

集线器属于共享型设备。在一个端口向另外一个端口发送信息的时候，其它的端口就不能再有信息传输，只能处于等待状态。这种串行处理方式限制了集线器的网络性能。

交换机的每个端口都可视为一条独立的通道。因此，在一个端口工作时不会影响到其它端口的传输。这种并行处理方式使得交换机的数据处理能力大大提高。

综上所述，集线器和交换机在作用及区别上各有特点。对于需要简单连接多个设备的场景，集线器是一个经济实惠的选择；而对于需要高效、智能地管理网络数据的场景，交换机则是更好的选择。在选择网络设备时，应根据具体需求和预算进行权衡。