常见的交换设备（中继器集线器hub网桥bridge交换机switch）|计算机网络

Posted 2021-12-06 桃陉

中继器

$作用:$

将接收到的信号进行整形和放大，相当于一个放大器。它工作在物理层。

$影响:$

假设有两台主机A和B，随着它们之间距离的增加，信号的衰减也会增加，为了保证信号准确的传输，在它们之间就会加一条中继器（距离更远的话多加几台，但是不建议超过5个）中继器通常被放在两台主机之间。

由于只有两个接口不太适用，所以进化成了下面提到的集线器hub。

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集线器hub

$外貌:$

$作用:$

同样是将信号进行整形和放大，但是我们注意到它有很多个接口，所以它可以同时连接多台主机。但是注意它采用的是广播的方式传输信息，它也工作在物理层。

$特点:$

$\bullet$ 所有设备处于同一冲突域。在同一个hub中由于信息的传输采用广播的方式，所以任意时刻只能有一台设备发送信息，而其余设备均等待接受信息。否则就会发生冲突，所以它们处于同一冲突域。

使用CSMA/CD（载波侦听多路访问/冲突检测）检测冲突–｛先听后发、边听边法、冲突停发、随机、随机延后重发（采用退避算法）

$\bullet$ 所有设备处于同一广播域，工作在半双工信道。

$\bullet$ 所有设备共享相同的带宽，带宽利用率低（冲突占据了大部分带宽）。

$\bullet$ 安全性低。

$举例介绍:$

我们假设它连接了4台主机如下图所示：

假设主机A要发送信息，那么信息首先被传送到hub中，接着以广播的形式向其余所有与hub相连的主机发送。

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网桥Bridge

$作用:$

连接在两个hub之间，可以分割冲突域。位于数据链路层。

$具体介绍:$

网桥连接在两个hub之间（如果没有网桥，那么下面六台主机处于同一个冲突域中），如下图所示：

网桥的左右两个端口可以分别学到对应的MAC，比如说左端口学到主机A、B、C的MAC，右端口学到主机D、E、F的MAC。

当主机A向主机B发送信息时，首先进入与A相连的hub，然后以广播方式向B、C、网桥发送数据，由于网桥左端口学到了B的MAC，所以知道主机B就在左边，从而阻止信息继续向右发送，达到分割冲突域的作用。

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交换机switch

$外貌:$

一条交换机有多个端口，每个端口可以连接一台主机，构成一个冲突域。

$作用:$

用于分割冲突域，处于数据链路层。

$特点:$

$\bullet$ 学习MAC

$\bullet$ 转发帧

$\bullet$ 防止环路

下面通过一个例子具体讲解switch的各个特点。

$举例介绍:$

开始时，交换机的MAC列表默认为空。

（1）主机A向主机C发送数据帧。

交换机首先发现没有记录主机A的地址，然后根据数据帧的源地址在接口E0上学到主机A的MAC地址，此时发现没有C的MAC地址，那么数据帧就会被泛洪（广播）除E0口外的所有端口，其中主机B、D丢弃帧，主机C得到帧。

（2）同理，每台主机发送数据帧时，交换机都会学习到该主机的MAC地址。

（3）假设此时交换机已经学习到了所有与它相连的主机的MAC地址，那么此时如果主机A向主机C发送信息时，就不在以广播方式传递，而是直接传递到主机C所在的端口。

（4）当某一台主机发送广播帧或者组播帧时，交换机仍然采用广播的方式传播。

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