交换机与集线器的区别

交换机与集线器的区别

局域网交换机起源于集线器（Hub）和网桥等广泛应用的网络通信基础设备，但它在引进数据包交换技术后，在性能和功能上有了很大的发展，集线器和网桥等设备正在被交换机所取代。对于企业用户来说，全面认识局域网交换机的工作原理和性能特点是非常重要的。由于交换机是一种高科技产品，所以用户在选购、使用和管理局域网交换机时必须掌握相关的知识。本文全面解剖局域网交换机，力求为用户选购局域网交换机提供一些参考。

交换机与集线器的区别

技术的进步带动了交换机价格的迅速下降，普通用户也有能力去购买这样的设备，但是同早期的网络设备（主要是同集线器HUB的对比）相比较，它有什么优势呢？这也是大多数用户所关心的问题。下面就对两种实现结果相同、但是工作机理不同的设备：交换机（Switch）和集线器（HUB）做一对比。

从工作现象看，它们都是通过多端口连接Ethernet的设备，可以将多个用户通过网络以星型结构连接起来，共享资源或交流数据。但是细分它们的工作状态，却完全不同。

集线器的工作机理是广播（broadcast），无论是从哪一个端口接收到什么类型的信包，都以广播的形式将信包发送给其余的所有端口，由连接在这些端口上的网卡（NIC）判断处理这些信息，符合的留下处理，否则丢弃掉，这样很容易产生广播风暴，当网络较大时网络性能会受到很大的影响。从它的工作状态看，HUB的执行效率比较低（将信包发送到了所有端口），安全性差（所有的网卡都能接收到，只是非目的地网卡丢弃了信包）。而且一次只能处理一个信包，在多个端口同时出现信包的时候就出现碰撞，信包按照串行进行处理，不适合用于较大的网络主干中。

交换机的工作就完全不同，现在低端的交换机都是Layer 2交换机，基于MAC地址进行交换。它通过分析Ethernet包的包头信息（其中包含了原MAC地址、目标MAC地址、信息长度等），取得目标MAC地址后，查找交换机中存储的地址对照表（MAC地址对应的端口），确认具有此MAC地址的网卡连接在哪个端口上，然后仅将信包送到对应端口，有效的有效的抑制广播风暴的产生。这就是Switch 同HUB最大的不同点。而Switch内部转发信包的背板带宽也远大于端口带宽，因此信包处于并行状态，效率较高，可以满足大型网络环境大量数据并行处理的要求。

局域网交换机分类

●从传输介质和传输速度上看，局域网交换机可以分为以太网交换机、快速以太网交换机、千兆以太网交换机、FDDI交换机、ATM交换机和令牌环交换机等多种，这些交换机分别适用于以太网、快速以太网、FDDI、ATM和令牌环网等环境。

●按照最广泛的普通分类方法，局域网交换机可以分为桌面型交换机（Desktop Switch）、组型交换机（Workgroup Switch）和校园网交换机（Campus Switch）三类。

1． 桌面型交换机是最常见的一种交换机，使用最广泛，尤其是在一般办公室、小型机房和业务受理较为集中的业务部门、多媒体制作中心、网站管理中心等部门。在传输速度上，现代桌面型交换机大都提供多个具有10/100Mbps自适应能力的端口。

2． 组型交换机即工作组交换机，常用来作为扩充设备，在桌面型交换机不能满足需求时，大多直接考虑组型交换机。虽然组型交换机只有较少的端口数量，但却支持较多的MAC地址，并具有良好的扩充能力，端口的传输速度基本上为100Mbps。

3． 校园网交换机，这种交换机应用相对较少，仅应用于大型网络，且一般作为网络的骨干交换机，并具有快速数据交换能力和全双工能力，可提供容错等智能特性，还支持扩充选项及第三层交换中的虚拟局域网(VLAN)等多种功能。

●根据架构特点，人们还将局域网交换机分为机架式、带扩展槽固定配置式、不带扩展槽固定配置式3种产品。

1． 机架式交换机 这是一种插槽式的交换机，这种交换机扩展性较好，可支持不同的网络类型，如以太网、快速以太网、千兆以太网、ATM、令牌环及FDDI等，但价格较贵，高端交换机有不少采用机架式结构。

2． 带扩展槽固定配置式交换机 它是一种有固定端口数并带少量扩展槽的交换机，这种交换机在支持固定端口类型网络的基础上，还可以通过扩展其他网络类型模块来支持其他类型网络。这类交换机的价格居中。

3． 不带扩展槽固定配置式交换机 这类交换机仅支持一种类型的网络（一般是以太网），可应用于小型企业或办公室环境下的局域网，价格最便宜，应用也最广泛。

局域网交换机常见技术指标

局域网交换机基本技术指标较多，这些技术指标全面反映了交换机的技术性能和功能，是用户选购产品时参考的重要数据来源。其中比较重要的技术指标如下。

1． 机架插槽数：指机架式交换机所能安插的最大模块数。

2． 扩展槽数：指固定配置式带扩展槽交换机所能安插的最大模块数。

3． 最大可堆叠数：指可堆叠交换机的堆叠单元中所能堆叠的最大交换机数目。显然，此参数也说明了一个堆叠单元中所能提供的最大端口密度与信息点连接能力。

4． 支持的网络类型：一般情况下，固定配置式不带扩展槽交换机仅支持一种类型的网络，机架式交换机和固定配置式带扩展槽交换机可支持一种以上类型的网络，如支持以太网、快速以太网、千兆以太网、ATM、令牌环及FDDI等。一台交换机所支持的网络类型越多，其可用性和可扩展性将越强。

5． 最大SONET端口数： SONET（Synchronous Optical Network，同步光传输网络）是一种高速同步传输网络规范，最大速率可达2.5Gbps。一台交换机的最大SONET端口数是指这台交换机的最大下联的SONET接口数。

6． 背板吞吐量： 背板吞吐最也称背板带宽，单位是每秒通过的数据包个数（pps），表示交换机接口处理器或接口卡和数据总线间所能吞吐的最大数据量。一台交换机的背板带宽越高，所能处理数据的能力就越强，但同时成本也将会越高。

7． MAC地址表大小：连接到局域网上的每个端口或设备都需要一个MAC地址，其他设备要用到此地址来定位特定的端口及更新路由表和数据结构。一个设备的MAC地址表的大小反映了连接到该设备能支持的最大节点数。

8． 支持的协议和标准：局域网交换机所支持的协议和标准内容，直接决定了交换机的网络适应能力。这些协议和标准一般是指由国际标准化组织所制定的联网规范和设备标准。由于交换机工作在第二层或第三层上，工作中要涉及到第三层以下的各类协议，一般来讲，根据开放互联网络模型可进行如下分类。

(1)第一层（物理层）协议 包括EIA/TIA-232、EIA/TIA-449、X.21和EIA530/EIA530A接口定义等，这些定义基本上决定了交换机上各物理接口的类型与作用。

(2)第二层（链路层）协议 包括802.1d/SPT、802.1Q、802.1p及802.3x等。

(3)第三层（网络层）协议 包括IP、IPX、RIP1/2、OSPF、BGP4、VRRP，以及组播协议等等。

局域网交换机选购要素

用户在选购局域网交换机时，应该主要考虑以下因素。

1、外型尺寸的选择

如果网络较大，或已完成楼宇级的综合布线，工程要求网络设备上机架集中管理，应选机架式组型交换机或者校园网交换机。如果没有上述需求，桌面型的交换机具有更高的性能价格比。

2、可伸缩性

局域网交换机的可伸缩性是选择局域网交换机的一个重要问题。可伸缩性好并非仅仅是产品拥有很多端口数量。因为交换机应用最重要的事情之一，是确定其端口在什么情况下会出现拥塞。所以用户需要考虑下面两个方面的问题。

(1) 内部可伸缩性 在2个堆叠的交换机之间，最大的可伸缩性是多少？带宽的增长在交换机没有过载时，有多少个端口的传输速率可以从10Mbps提高到100Mbps？

(2) 外部可伸缩性 和交换机上联的最高速率有关。例如，有1台24用户端口的可堆叠局域网交换机，假设这24个端口能传输的流量全都是10Mbps，并且该交换机上联的速率为1Gbps，因此，如果其中有8个端口的速率提高到100Mbps，就会导致上联的饱和。因为8个端口的传输速率达到100Mbps时，总流量就是800Mbps。而剩下的16个端口，每个端口速率为10Mbps，总共才160Mbps。这样，24个端口流量总和为960Mbps。说明这台交换机再也无法处理快速以太网的连接了，否则就会出现拥塞。如果交换机上联的速率为2Gbps，则它最多只能处理19个快速以太网端口，否则就会发生拥塞。所以，交换机的可伸缩性，直接决定了局域网各信息点传输速率的升级能力。

3、可管理性

对局域网交换机来说，在运行和管理方面所付出的代价，同样远远超过购买成本。基于这方面考虑，可管理性已开始成为评定交换机的另一个关键因素。

一般来讲，交换机本身就具有一定的可管理性能，至于可堆叠式交换机还具有可以把几个所堆叠的交换机作为1台交换机来管理的优点，而不需要对每一台局域网交换机分别进行管理和监视。需要注意的是，在可管理内容中包括了处理具有优先权流量的服务质量（QoS）、增强策略管理的能力、管理虚拟局域网流量的能力，以及配置和操作的难易程度。其中QoS性能主要表现在保留所需要的带宽，从而支持不同服务级别的需求。可管理性还涉及到交换机对策略的支持，策略是一组规则，它控制交换机工作。网络管理员采用策略分配带宽，并对每个应用流量和控制网络访问指定优先级。其重点是带宽管理策略，且必须满足服务级别协议SLA。分布式策略是堆成组叠交换机的重要内容，应该检查可堆叠交换机是否支持目录管理功能，如轻型目录访问协议（LDAP），以提高交换机的可管理性。

4、端口带宽及类型

选择什么类型的局域网交换机，用户应首先应根据自己组网带宽需要决定，再从交换机端口带宽设计方面来考虑。从端口带宽的配置看，目前市场上主要有以下三类。

第一种配置：n×10M＋m×100M低快速端口专用型

一般骨干网的传输速率为100Mbps全双工，分支速率为10Mbps。从技术角度看，这类配置的局域网交换机严格限制了网络的升级，用户无法实现高速多媒体网络，因此国内外厂商已基本停止生产这种产品。

第二种配置：n×10/100Mbps端口自适应型

目前这种交换机是市场上的主流产品，因为它们有自动协商功能（Auto Negotiation），能够检测出其下联设备的带宽是100M还是10M，是全双工还是半双工。当网卡与交换机相联时，如果网卡支持全双工，这条链路可以收发各占100M，实现200M的带宽，同样的情况可能出现在交换机到交换机的连接中，应用环境非常宽松。

第三种配置：n×1000M＋m×100M高速端口专用型

与第一类交换机配置方式相似，所不同的是不仅带宽要多几个数量级，而且端口类型也完全不同。采用这种配置方案的交换机，是当前高速网络和光纤网络接入方案中的重要设备，可彻底解决网络服务器之间的瓶颈问题。如3Com公司的3C39024（1×1000SX＋24×10/100BaseTX）、3C39036（1×1000SX＋36×10/100BaseTX）千兆上联至服务器，解决了服务器到服务器的瓶颈问题。但成本要远远高于前两类产品。

5、VLAN技术

VLAN技术主要是用来管理虚拟局域网用户在交换机之间的流量，作为一种有效的网管手段，虚拟LAN将局域网上的一组设备配置成好象在同一线路上进行通信，而实际上它们处于不同的网段。一个VLAN是一个独立的广播域，可有效地防止广播风暴。由于VLAN基于逻辑连接而不是物理连接，因此配置十分灵活。现在已经把一台交换机是否支持VLAN作为衡量一台交换机性能好坏的一个很重要的参数。最初的VLAN划分基于端口（Port Based ），大部分台湾厂商的交换机都遵循这一标准。较新的VLAN划分标准不但能实现Port Based VLAN，而且能支持MAC Based VLAN以及Protocol Based VLAN，遵循IEEE802.1Q标准。802.1Q是VLAN标准，利用交换机端口、MAC地址及第三层协议和策略方面来支持VLAN的实现。不同厂商的设备只要支持802.1Q标准，就可以互联，进行VLAN的划分。交换机产品的VLAN标准并不统一，用户在选择时一定注意这些标准和自己的需要是否一致。

6、第三层交换功能

第三层交换功能最明显的特点就是交换机提供VLAN，而划分VLAN是为了屏蔽广播数据包，及网络安全与网络控制管理方面的需要。不过，这种能够满足VLAN之间高效通信需求，且价格较高的第三层局域网交换机，对于在中小企业应用广泛的局域网系统中，并没有多少价值。因为VLAN划分对于独立性极高的中小企业网络来讲，其网络内部的安全性和可管理性已没有多少意义了。取而代之的是，这种要求不高的安全和管理要，完全可以采用技术成熟、种类较多、性能稳定和价格低廉的第二层交换机来完成。其实，采用基于第二层交换机也可以实现VLAN功能。第二层交换机还是有其许多优点，适合广大中小型用户。