集线器与交换机在网络中如何发挥不同作用？差异在哪？

一、集线器和交换机的区别

1、、集线器的工作原理和特点

工作原理

• 集线器（Hub）工作在OSI模型的物理层（第一层），主要作用是对接收的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，并把所有节点集中在以它为中心的节点上。
• 它不具备交换机的“智能记忆”能力和“学习”能力，也没有MAC地址表。当它要向某节点发送数据时，采用广播方式发送，即将数据包发送到与集线器相连的所有节点。

特点

• 广播式发送：数据信息会被发送到每一个端口，除目的工作站外，连接在此集线器上的所有工作站都能感觉到该数据的存在，因此对要求数据有一定安全性的系统来说不合适。
• 共享带宽：集线器上所有站点均在争用媒体而共同分享带宽，连接在集线器上的每一个站点的平均带宽为系统带宽除以站点数，站点数越多，每一个站点得到的平均带宽就越小，所以集线器不适合于站点数多、高负荷的应用环境。
• 半双工工作：工作站不能同时发送和接收数据，从而使得网络工作效率不高。

2、交换机的工作原理和特点

工作原理

• 交换机（Switch）工作在OSI模型的数据链路层（第二层），主要作用是连接多个以太网物理段，隔离冲突域，对以太网帧进行高速而透明的交换转发，并自行学习和维护MAC地址信息。
• 交换机内存有一张MAC地址表，该表记录了网络中所有MAC地址与该交换机各端口的对应信息。当有数据帧需要通过该交换机进行转发时，交换机根据内部存储的MAC地址表获取目的设备所对应的端口，通过找到的端口转发数据。

特点

• 独享带宽：若一台端口速率为100Mbit/s的交换机同时连接N台计算机，那么网络的总带宽为N×100Mbit/s。采用交换机组建的交换式以太网的网络带宽不会因节点数量的增加而减少，网络性能也不会因负荷的增加而降低。
• 多对节点可并行通信：交换机允许自身连接的多对设备同时建立通信链路，进行数据交换。
• 可灵活配置端口速率：交换机允许各节点按照自身需求灵活配置端口速率，且交换机不仅支持某种速率的端口，还支持端口自适应配置。
• 便于管理：交换机支持构造虚拟局域网（VLAN），以软件的方式通过逻辑工作组划分和管理网络中的设备。

3、集线器和交换机的对比

二、OSI模型中哪两层涉及到集线器和交换机的工作

在OSI模型中，集线器工作在物理层，交换机工作在数据链路层。

1、集线器（Hub）

• 工作层次：物理层（第一层）
• 功能：
  • 对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离。
  • 把所有节点集中在以它为中心的节点上，属于共享型设备，接收数据广播发出。

2、交换机（Switch）

• 工作层次：数据链路层（第二层）
• 功能：
  • 连接数个相同网段的不同主机，减少网内冲突，隔离冲突域。
  • 利用存储转发和过滤技术来从物理层接收的数据帧中读取MAC地址，并根据MAC地址表将数据发送到正确的端口。

3、对比

三、集线器在网络中如何处理数据的传输过程

集线器是一种网络设备，主要用于将多个网络节点连接到一个共享的通信信道上，以便节点之间可以相互通信。在数据传输过程中，集线器的工作原理可以概括为以下几个步骤：

• 数据接收：当集线器接收到从任何一台计算机发送过来的数据时，它会接收并保存这些数据。
• 广播发送：集线器会将接收到的数据广播到所有连接的设备，这意味着所有连接到集线器的设备都会收到同样的数据。
• 数据转发：当数据被广播到所有设备后，集线器会将数据转发给连接到的另一台设备，从而实现了数据的传输。
• 信号处理：集线器的内部结构包括PHY（MAU）模块，这些模块负责将输入的信号广播到集线器的所有端口上。此外，集线器还可能具有信号整形、错误抑制等功能，但基本就是将输入的信号原封不动地输出到网线接口。
• 地址判断：连接在集线器端口上的网卡会判断这个包是否是发送给自己的，如果是，则根据以太网数据包所要求的功能执行相应的动作，如果不是则丢掉。
• 错误处理：即使信号受到噪声的干扰发生了失真，集线器也会原样发送到目的地。接收信号的设备会在将信号转换成数字信息后通过FCS校验发现错误，并将出错的包丢弃。
• 流量控制：集线器可以对流量进行控制，避免网络拥堵和数据丢失。
• 安全管理：集线器可以提供一定的安全保护，例如对数据进行加密或限制某些设备的访问权限。

需要注意的是，集线器是一种共享设备，其带宽是共享的，因此当多台设备同时传输数据时，可能会造成带宽瓶颈。此外，由于集线器采用广播方式发送数据，因此可能会造成广播风暴问题。为了解决这些问题，现代网络通常采用更高级别的设备如交换机来替代集线器.

四、交换机在防止网络拥堵方面相比于集线器有哪些优势

1、交换机与集线器的区别

交换机和集线器是两种常见的网络设备，它们在网络中扮演不同的角色。集线器是一种简单的网络设备，它可以将多个计算机连接在一起，但它的工作方式是将接收到的数据包广播到所有连接的设备上，这可能导致网络拥堵和冲突，因为所有设备都会尝试同时接收和发送数据，从而降低了网络性能。

2、交换机的优势

相比之下，交换机是一种更为智能的网络设备，它能够根据目标设备的MAC地址将数据包准确地发送到目标设备，支持单播和多播通信。交换机还能够将网络分割成多个广播域，每个广播域内的数据包不会发送到其他广播域，从而减少网络中的广播流量。

3、防止网络拥堵的优势

交换机在防止网络拥堵方面的优势主要体现在以下几个方面：

• 低延迟：交换机可以通过对数据包进行快速的转发和处理，减少数据包在网络中的传输时间和延迟，提高网络的响应速度。
• 高带宽：交换机可以将网络划分成多个虚拟的冲突域，每个端口都拥有独立的带宽和资源，可以实现数据包的快速转发和处理，从而提高网络的带宽利用率。
• 网络安全：交换机可以通过虚拟局域网（VLAN）的功能将网络划分成多个逻辑上独立的子网，从而提高网络安全性。
• 全双工通信：交换机支持全双工通信，可以同时发送和接收数据，而集线器只支持半双工通信，同一时间只能发送或接收数据。
• 广播域分割：交换机能够将网络分割成多个广播域，每个广播域内的数据包不会发送到其他广播域，从而减少网络中的广播流量。

综上所述，交换机相比集线器具有更高的网络传输效率和可靠性，可以更好地适应高负载的网络环境，有效防止网络拥堵。