集线器和交换机的区别

介绍集线器和交换机技术原理、典型场景，以及两者的区别

发布时间：2022-09-02
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1 概述

对于计算机网络而言，互联通常是指两个或两个以上计算机网络或者设备在物理和逻辑上的连接。集线器和交换机是实现网络互连，扩大网络规模的重要物理设备。下面本文就带领大家了解什么是集线器和交换机，以及集线器和交换机的区别。

2 集线器和交换机

2.1 什么是集线器

集线器，英文称为“Hub”，为“中心”的意思。集线器（Hub）是数据通信网络中的基础物理设备，是一个多网口的转发器，每个网口通过以太网双绞线或光纤与每台网络设备连接在一起。当一个网络以集线器为中心时，即使网络中某条线路出现故障，也不会对其它线路的工作产生影响。

由于经过线缆传输的信号存在衰减，有源集线器接收到节点发送来的信号时，会将接收到的衰减信号进行再生整形放大，然后以广播方式向其他所有网口发送信号。

2.2 什么是交换机

交换机，英文称为“Switch”。交换机是一个具有多网口的物理设备，通过将传输介质的线缆汇聚在一起，以实现网络设备的连接。交换机是实现网络连接，扩展网络范围不可或缺的设备。

为实现数据帧转发功能，交换机需要在内部维护一张MAC地址表，该地址表会记录与交换机相连的每个设备的MAC地址与网口的对应关系。利用MAC地址表和内部的交换矩阵，交换机能同时连通多条通信线路，使每一对相互通信的设备都能独占信道，进行无冲突地传输数据。

3 集线器和交换机的区别

集线器和交换机均给网络提供了更多的连接网口，使更多的网络设备能够连接在一起，起到扩大网络的作用。交换机与集线器在外观上区别不大，但是在工作原理方面存在较大的差异。

3.1 工作层次

OSI参考模型将计算机网络体系结构划分为七层，从下往上分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。其中，物理层为数据端设备提供传送数据通路、传输数据，为数据链路层提供服务；数据链路层把物理层转换为可靠的链路，主要功能包括组帧、物理编址、流量控制、差错控制和接入控制。

集线器工作在OSI模型的物理层，只对信号提供简单的再生整形放大和转发，不对信号进行编码。交换机工作在OSI模型的数据链路层，具有MAC地址寻址和数据处理的功能。

3.2 转发方式

集线器的任一网口接收到单播数据包后，先对数据进行再生整形放大，然后通过广播形式转发数据到其他所有网口，发送数据没有针对性。当广播数据充斥网络，会长时间占用线路，影响正常业务的运行。集线器的数据转发存在安全隐患，数据容易被监听窃取。

交换机在为主机转发数据过程中进行MAC地址表的学习。交换机收到一个单播数据包后，会根据MAC地址表匹配对应的目的网口。如果MAC地址表里存在目的网口地址，则直接在对应网口进行数据的二层单播转发，而不会将数据广播到所有的网口，因此不会影响其他网口。如果MAC地址表里不存在对应的目的网口地址，才会向其他所有的网口广播数据。

3.3 传输模式

集线器为总线型拓扑，所有节点共用一条总线通信。集线器中的两个网口不能同时进行收发数据，即在同一时刻，只能进行单方向的数据传输，不能双向同时传输，为半双工传输模式。

交换机既支持半双工模式，也可以实现全双工模式。全双工通信过程类似通电话的过程，两个网口可以同时进行数据的收发。此外，交换机上的网口之间的通信都是相互独立的，不会相互影响。

3.4 带宽

集线器的所有网口共享一条带宽。而对于交换机而言，每个网口都独占一条带宽，当两个网口通信时并不影响其他网口的通信。举个例子，假设一个网络的带宽为100Mbps，在集线器中分配给每个网口的带宽加起来的总和为100Mbps；如果是交换机，则每个网口的带宽都为100Mbps。

3.5 两者差异性对比

在前面的章节中，围绕“集线器和交换机的区别”进行了阐述，表3-1通过将两者的差异性进行罗列对比，帮助读者更加直接清晰地了解两者的区别。

表3-1 集线器和交换机差异性对比

区别	集线器	交换机
工作层次	物理层	数据链路层
转发方式	广播转发	查表转发或丢弃
传输模式	半双工模式	半双工/全双工模式
带宽	共享宽带	独占宽带

4 总结

集线器主要用于共享网络的组建，它处于网络的一个星型结点，对连接在该结点的设备进行集中管理。若无集线器作为中心节点来对设备进行管理，会呈现出复杂的网络拓扑，而引入集线器能简化网络拓扑，同时方便用户快速加入网络。在实际应用场景中，集线器一般应用于中小型局域网或者大中型网络的边缘。

集线器为半双工传输模式，且各台设备共享带宽，若网络中某一台设备长时间占用线路会严重影响其他设备通信。相比之下，交换机支持全双工传输模式，且各台设备独占带宽，通信线路之间不会相互影响，所以应用场景更加广泛，不仅能应用于中小型局域网，也广泛应用于中大型广域网中。此外，交换机可以构建虚拟局域网（VLAN）来隔离广播域，缩小广播范围，在控制“广播风暴”产生的同时还可以提高网络的安全性。总体来说，相比于集线器，交换机的应用场景更广泛，其已逐渐替代集线器。