细说集线器、交换机和路由器

集线器、交换机和路由器在网络设备中用的比较多，有些外观类似，如果不是经常使用，又不容易区分。查阅一些资料，本文对三者的概念和区分进行简单介绍，仅供参考。

首先从网络说起，计算机网络（可简称网络）把许多计算机连接在一起，而互联网是把许多网络连接在一起，是网络的网络。因特网是世界上最大的互联网。网络和网络可以通过路由器连接起来，构成一个覆盖范围更大的网络，即是互联网。因此互联网是网络的网络，如图1所示。

图1 互联网

简单来说，集线器和路由器用来创造网络，而路由器用来连接网络，形成互联网。集线器、交换机都是做端口扩展的，就是扩大局域网(通常都是以太网)的接入点，也就是能让局域网可以连进来更多的电脑。路由器是用来做网间连接，也就是用来连接不同的网络。

从网络分层来说，集线器（Hub）工作于OSI（开放系统互联参考模型）参考模型第一层，即“物理层”。交换机工作在数据链路层（中继层），路由器则工作在网络层。

图2 路由器、交换机、集线器的OSI分层（https://tech.hqew.com/fangan_1699214）

接下来分别讲一下集线器和交换机的区别、交换机和路由器的区别。

（一）集线器和交换机

（1）集线器(Hub)的作用是把内网中的网络设备连接到一起，集线器没有相匹配的软件系统，是纯硬件设备。集线器非智能，并不过滤数据，采用广播的方式发送数据。比如4台计算机通过一个集线器连接，其中两台计算机通信，其他计算机也能收到集线器广播的信号（非必要），对网络资源存在浪费，当有多台主机同时发送数据报文时，大量的冲突将导致性能显著下降，这也意味着集线器所有端口都要共享同一带宽，以集线器为核心构建的网络是共享式以太网的典型代表。

图3 集线器（示意）

（2）Kalpana公司在1989年发明了第一台以太网交换机，EtherSwitchEPS-700，对外提供7个固定端口。交换机(Switch)的作用可以理解为将一些机器连接起来组成一个局域网，交换机可以将连接它的设备物理地址存储到表中，存储到一张表中，并且可以逐渐学习。当A主机和B主机通信，当交换机的端口收到数据包后，交换机会查找到B主机的MAC地址，把数据发送给B主机，不会像集线器那样把数据广播到所有端口，交换机节省了流量；

图4 交换机（示意）

集线器和交换机被用在局域网中交换数据，比如在家庭和公司的网络中交换数据。不能用来跟外网交换数据，比如因特网，与外网交换数据需要读取设备的IP地址，集线器和交换机均没有该功能，需要依靠路由器进行。

接下来讲一下路由器的由来。1984年，斯坦福大学的一对教师夫妇列昂纳德·波萨克（Leonard Bosack）和桑德拉·勒纳（Sandy Lerner）利用了部分William Yeager和Andy Bechtolsheim构建的斯坦福大学路由器的源代码，在自家的车库里设计和制造出了“多协议路由器”，并试用在斯坦福大学的网络。波萨克和他在斯坦福的同事们在16平方英里(41平方公里)的校园区域里，克服了各种电脑不兼容的问题，成功地连接了该大学的5000台电脑，创建了第一个真正的局域网系统(LAN)。1984年12月，波萨克夫妇在硅谷的圣何塞成立思科公司。1986年3月，思科公司向犹他州州立大学提供了世界上第一台路由产品。核心路由器是目前通信网络中最重要最关键的设备。

图5 路由器（示意）

路由器（Router）用以连接网络中各种不同设备，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，以最佳路径按前后顺序发送信号。路由器是指引数据路径的设备，从一个网络到另一个网络，每当路由器接收数据时，会检查数据IP地址，并判断这个数据是给自己的还是给别的设备，如果是给自己的，自己就接收，如果是给别的网络，就把数据发送出去。路由器充当了网络出入口的角色，也就是网关（GateWay），路由器工作示意图如下图所示。

图6 路由器工作示意图

（二）交换机和路由器的区别：

（1）路由器工作在网络层，而交换机工作在中继层，路由器可以自动识别数据包发送和到达地址的功能；

（2）交换机上网是分别拨号，各自使用宽带账号，上网互不影响；路由器公用一个宽带账号，上网相互影响；

（3）路由器可以把一个IP分配给很多个主机使用，这些主机对外只表现出一个IP。交换机可以把很多主机连起来，这些主机对外各有各的IP；

（4）路由器提供防火墙的服务，交换机不能提供该功能。

（5）交换机和路由器是性能和功能的矛盾体，交换机交换速度快，但控制功能弱，路由器控制性能强，但报文转发速度慢。解决这个矛盾的最新技术是三层交换，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。

参考资料：

1.https://bbs.hh010.com/；

2.https://blog.51cto.com/xxgbblog/45909；

3.http://www.elecfans.com/d/1201468.html；

4.https://www.bilibili.com/video/BV1aE411A7zQ?from=search&seid=12329321685133232033；

5.以太网交换机演进史https://tech.hqew.com/fangan_1699214

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