浅析集线器交换机路由器的异同
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煤科技第3期(总第117期)
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TONGMElKEJI
2008年9月
浅析集线器交换机路由器的异同
闫
勇
摘要浅析了集线器、交换机、路由器的工作原理、功能以及存在的不足,并对三者的功能和在网络中的作用进行了详细比较。
关键词通信;通信网;通信网设备;集线器;交换机;路由器中图分类号TN915.05
文献标识码A
文章编号1000-4866(2008)03-0020-03
集线器、交换机和路由器是互联网上的3种设在选择集线器时必须要考虑到,那就是它的广播方备。集线器是这些设备中最便宜的,但它也是分布带式。因为集线器属于纯硬件网络底层设备.基本上不宽方面功能最弱的一种设备。路由器能提供最多的控
具有“智能记忆”能力,更别说“学习”能力了。它制方式。但却难于配置,且价格相当昂贵。下面分别
也不具备交换机所具有的MAC地址表.所以它发送对集线器、交换机、路由器进行介绍,并对三者进行数据时都是没有针对性的,而是采用广播方式发送。比较。
也就是说当它要向某节点发送数据时.不是直接把数据发送到目的节点.而是把数据包发送到与集线器相
1集线器及其工作原理连的所有节点。这种广播发送数据方式有两方面不
足:①用户数据包向所有节点发送,很可能带来数据
集线器属于数据通信设备,应用于局域网中,主通信的不安全,别有用心的人很容易就能非法截获他
要用于OSI参考模型第l层.又被称为物理层设备。人的数据包;②由于所有数据包都是向所有节点同时
在集线器中每一个站点是用它自己专用的传输介质连发送,加上以上介绍的共享带宽方式,就更加可能造接的,各节点间不再只有一个传输通道,各节点发回成网络塞车现象。降低网络执行效率。
来的信号通过集线器集中,集线器再把信号整形、放大后发送到所有节点上,这样至少在上行通道上不再2交换机及技术原理
出现碰撞现象。但基于集线器的网络仍然是一个共享介质的局域网,这里的“共享”其实就是集线器内部交换机是数据网络第2层的设备.是一个基于网总线.所以当上行通道与下行通道同时发送数据时仍
桥技术(网桥(Bridge)也称桥接器,是连接2个局然会存在信号碰撞现象。当集线器从其内部端口检测
域网的存储转发设备)的多端口网络设备.为数据帧到碰撞时,产生碰撞强化信号(JAM)并向集线器所从一个端口到另一个任意端口的转发提供了低时延、连接的目标端口进行传送。这时所有数据都将不能发低开销的通路。由此可见。交换机内部核心处应该有送成功j形成网络“大塞车”。虽然各节点与集线器一个交换矩阵,为任意两端口间的通信提供通路,或的连接已有各自独立的通道,但是在集线器内部却只是一个快速交换总线.以使由任意端口接收的数据帧有一个共同的通道,上、下行数据都必须通过这个共从其他端口送出。在实际设备中,交换矩阵的功能往享通道发送和接收,这样有可能像单车道一样,当往由专门的芯片(ASIC)完成。另外,以太网交换机上、下行通道同时有数据发送时,就可能出现塞车现在设计思想上有一个重要的假设.即交换核心的速度象。正因为集线器的这一不足之处,所以它不能单独非常之快。以致通常的大流量数据不会使其产生拥应用于较大网络中(通常是与交换机等设备一起分担塞,换句话说,交换的能力相对于所传送的信息量是小部分的网络通信负荷)。也正因为如此,集线器的无穷大的(与此相反,ATM交换机在设计上的思路数据传输效率是比较低的,因为它在同一时刻只能有是.认为交换的能力相对所传送的信息量而言有限)。
一个方向的数据传输。也就是所谓的“单工”方式。虽然以太网第2层交换机是基于多端口网桥发展而集线器除了共享带宽这一不足之处外。还有一个方面
来,但毕竟交换有其更丰富的特性。使之不但是获得
万方数据
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更多带宽的最好途径,而且还使网络更易管理;并在后期把路由技术引入交换机,称为3层交换机,使其可以完成网络层的路由选择。
传统交换机根据MAC地址寻址,通过站表选择路由,站表的建立和维护由交换自动进行。交换机最大的好处是快速。由于交换机只须识别帧中MAC地址,直接根据MAC地址产生选择转发,端口算法简单。便于ASIC实现,因此转发速度极高。
交换机为了提高数据交换的速度和效率。一般支持多种方式。
第1种,存储转发,是交换机的基本转发方式,与网桥转发方式类似。交换机首先把整个帧全部读人到内部缓冲区中,并对信息帧进行错误校验.无错后才执行帧过滤转发操作,因此出错的帧不会被转发。利用存储转发机制。网络管理员还可以定义一些过滤算法来控制通过该交换机的通信流量。存储转发方式的缺点在于其传输延迟较大。并且随转发帧的长短而有所不同。
第2种,直通方式转发,转发信息时,并不需要把整个帧全部接收下来后再进行转发。而只需要接收
一个帧中最前面的目的地址部分(帧的前14B)即可
开始执行过滤转发操作。
第3种,无碎片直通方式转发。根据以太网帧的结构可知,一个正常的帧的长度至少是64B。而小于“B的帧(称为碎片)肯定是错误的帧。为了既拥有直通方式快速的优点。又使小于64B的错误帧不再转发,可以让交换机在转发数据前,不仅接收目的MAC地址,还要求收到的帧必须大于64B。这种转发方式就称为无碎片直通方式。
3路由器及技术原理路由器(Router)用于连接多个逻辑上分开的网络。逻辑网络是指一个单独的网络或一个子网。当数据从一个子网传输到另一个子网时.可通过路由器来完成。因此,路由器具有判断网络地址和选择路径的功能,它能在多网络互联环境中建立灵活的连接.可用完全不同的数据分组和介质访问方法连接各种子网。路由器是属于网络应用层的一种互联设备,只接收源站或其他路由器的信息,不关心各子网使用的硬件设备,但要求运行与网络层协议相一致的软件。路
万方数据
由器分本地路由器和远程路由器。本地路由器是用来连接网络传输介质的,如光纤、同轴电缆和双绞线;远程路由器是用来与远程传输介质连接并要求相对应的设备。3.1路由原理
当IP子网中的一台主机发送IP分组给同一IP子网的另一台主机时,它将直接把IP分组送到网络上。对方就能收到。而要送给不同IP子网上的主机时,它要选择一个能到达目的子网上的路由器,把IP分组送给该路由器,由路由器负责把IP分组送到目的地。如果没有找到这样的路由器,主机就把IP分组送给一个称为“缺省网关(defaultgateway)”的路由器上。“缺省网关”是每台主机上的一个配置参数。它是接在同一个网络上的某个路由器端口的IP地址。路由器转发IP分组时,只根据IP分组目的IP地址的网络号部分,选择合适的端口,把IP分组送出去。同主机一样。路由器也要判定端口所接的是否是目的子网.如果是就直接把分组通过端口送到网络上。否则也要选择下一个路由器来传送分组。路由器也有它的缺省网关,用来传送不知道往哪儿送的IP分组。这样.通过路由器把知道如何传送的IP分组正确转发出去.不知道的IP分组送给“缺省网关’:路由器,这样一级级地传送,IP分组最终将送到目的地,送不到目的地的IP分组则被网络丢弃了。3.2路由动作的2项基本内容
路由动作的2项基本内容是寻径和转发。
寻径即判定到达目的地的最佳路径,由路由选择算法来实现。由于涉及到不同的路由选择协议和路由选择算法。所以相对复杂一些。为了判定最佳路径,路由选择算法必须启动并维护包含路由信息的路由
表.其中路由信息依赖于所用的路由选择算法而不尽相同。路由选择算法将收集到的不同信息填入路由表
中。根据路由表可将目的网络与下一跳(nexthop)的关系告诉路由器,路由器间互通信息进行路由更新,更新维护路由表使之正确反映网络的拓扑变化,并由路由器根据量度来决定最佳路径。这就是路由选择协议(routingprotoc01),如路由信息协议(RIP)、开放式最短路径优先协议(OSPF)和边界网关协议(BGP)等。
转发即沿寻径好的最佳路径传送信息分组。路由器首先在路由表中查找。判明是否知道如何将分组发
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送到下一个站点(路由器或主机)。如果路由器不知道如何发送分组,通常将该分组丢弃:否则就根据路由表的相应表项将分组发送到下一个站点。如果目的网络直接与路由器相连,路由器就把分组直接送到相应的端口上。这就是路由转发协议(routedprotoc01)。路由转发协议和路由选择协议是相互配合又相互独立的概念。前者使用后者维护的路由表。同时后者要利用前者提供的功能来发布路由协议数据分组。
通常是硬件自带,由网卡生产商来分配的,而且已经固化到网卡中.一般来说是不可更改的。
4.3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3层以上交换机具有VLAN功能,也可
4集线器、交换机、路由器的区别以分割广播域,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功能。
HUB(集线器)和交换机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。但是两者在性能上有区别。集线器采用的是共享带宽的工作方式,而交换机是独享带宽。路由器主要是为了克服交换机不能路由转发数据包的不足。4.1工作层次不同
最初的交换机工作在OSI/RM开放体系结构的数据链路层,也就是第2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2层(数据链路层),所以它的工作原理较简单;而路由器工作在0SI的第3层(网络层),可以得到更多
,
4.4路f11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。交换机属于网桥,是数据链路层的设备。有些交换机也可实现第3层的功能。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。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2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3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。
的协议信息,路由器可以作出更加智能的转发决策。4.2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3层的地址也称为协议地址或者网络地址。IP地址通常由网络管理员或系统自动分配。MAC地址
作者简介
闫勇,男,1979年12月出生,中国矿业大学(计算机科学与
技术专业)毕业,现在大风煤矿集团通信公司工作,助理工程师。
收稿日期:2008--05—30修回日期:2008-06-13
BriefTalksoftheSimilaritiesandDifferencesamongHubs,Switches
YahYong
and
Routers
Abslxaet:Thisarticletalksbrieflyabouttheprinciple,functionsanddeficienciesofthehubs,switches,routers,andalsocomparestheirfunctionsandtherolesinnetwork.
Keywords:communication;communicationnetwork;telecommunicationsnetworkequipment;hubs;switches;
rOElteT葛
万方数据