(完整版)交换机与集线器工作机理分析
集线器工作原理
集线器工作原理
集线器（Hub）是计算机网络中常用的局域网设备，作用是将
多个计算机连接在一起，以便它们能够进行数据的交换和共享。
集线器的工作原理是通过广播方式将数据包从一个端口转发到其他所有的端口，从而实现计算机之间的通信。
当一个计算机发送数据包到集线器时，集线器会将该数据包复制到所有其他端口上，每个端口上都可以接收到相同的数据包。
这就意味着所有连接到集线器上的计算机都可以接收到发送的数据。
然而，每台计算机只会处理自己目标地址与数据包中目标地址相匹配的数据包，其他不匹配的数据包会被丢弃。
集线器工作在物理层，它只是简单地将电信号从一个端口传输到其他端口，不需要了解数据包的具体内容。
因此，集线器并不具备智能的数据处理能力。
一旦多个计算机同时发送数据，集线器会出现碰撞情况，导致数据冲突和带宽浪费。
这是因为集线器采用的是半双工传输方式，只能在同一时间内进行一次数据传输。
总结来说，集线器的工作原理是将从一个端口接收到的数据包复制到其他所有端口上，以实现数据共享和通信。
然而，由于集线器的无智能性和半双工传输方式，使得它逐渐被交换机（Switch）取代，后者在数据转发和处理上更加高效和智能。
一文读懂网络集线器和交换机
一文读懂网络集线器和交换机从网络实现实现层面网络可以划分为以太网、令牌环、FDDI、ATM，它们都规定了各自的物理介质、网络适配器（网卡）、数据传输协议。
从网络覆盖范围可以划分为局域网、城域网、广域网。
但是这只是意味着网络的覆盖范围变大了而不是说网络的实现发生了变化。
以现在的网络为例，无论是局域网、广域网、还是整个互联网基本上都是以太网。
网卡网络适配器即网卡，它是一个插在计算机主板上的（或者集成在主板上）硬件设备。
在以太网中每个网卡都有一个全球唯一的48位标识就是我们常说的MAC地址（一般用每16进制每字节一组表示，比如：0a:00:27:00:00:06）。
当计算机通讯的时候网卡负责实现带冲突检测的载波监听多路访问技术（CSMA/CD），网卡属于OSI参考模型中的物理层和数据链路层。
网络层以上的部分则由操作系统中的协议栈实现，所以TCP/IP协议栈其实只包含了网络层（IP）和传输层（TCP、UDP）。
集线器如果仅仅是两台计算机通讯那么通过网络传输介质（比如双绞线）把二者的网卡连接起来，在操作系统中配置网络层信息（配置IP地址）就可以了。
如果三台或者多台计算机通讯则必须借助一些额外的设备，其中集线器就是其中一种。
集线器也叫Hub，它本质上是多端口的网卡，为了理解它的工作原理通过GNS3搭建一个网络拓扑：上面的拓扑中有三个终端，我们要做的实验是当PC1和PC2通讯的时候，在Hub1-》PC3这条链路上是否能收到数据包。
先配置PC1、PC2、PC3的IP地址然后开启Hub1到PC3之间的抓包，通过PC1 ping PC2。
ping一共产生了两种数据包：ARP数据包是广播包（目标地址是ff:ff:ff:ff:ff:ff:ff）只有广播域内的终端可以收到;ICMP则是单播（有明确目标地址）包只有处于冲突域中才可能收。
集线器交换机与路由器
2、全双工
三、路由器
1、什么是路由器
路由器是一种连接多个网络或网段的网络 设备，它能将不同网络或网段之间的数据 信息进行“翻译”，以使它们能够相互 “读”懂对方的数据，从而构成一个更大 的网络。 路由器是一种典型的网络层设备。
三、路由器
2、路由器的原理和作用
其工作原理如下： （1）工作站A将工作站B的地址120.0.5连同 数据信息以数据帧的形式发送给路由器1。 （2）路由器1收到工作站A的数据帧后，先 从报头中取出地址120.0.5，并根据路径表计 算出发往工作站B的最佳路径：R1->R2>R5->B；并将数据帧发往路由器2。 （3）路由器2重复路由器1的工作，并将数 据帧转发给路由器5。 （4）路由器5同样取出目的地址，发现 120.0.5就在该路由器所连接的网段上，于是 将该数据帧直接交给工作站B。 （5）工作站B收到工作站A的数据帧，一次 通信过程宣告结束
一、集线器
3、集线器的特点
（1）共享带宽
如:一个带宽为10Mb的集线器上连接了8台计算机，当
这8台计算机同时工作时，则每台计算机真正所拥有的 带宽是10/8=1.25Mb!
（2）半双工
二、交换机
1、什么是交换机
对共享工作模式的改进
二、交换机
交换数据帧
交换技术的基本原理
构造维护交换地址表
交换技术的基本原理
地址学习
地址学习
A站发送一帧数据到C站 交换机(网桥)通过学习数据帧中的源地址，发现A站的MAC地址是在E0端口 所连接的网段上，将这个关系项纪录到地址表中 A站到C站的这个数据帧将被发送到E1、E2、E3(未知目的地状况下的单播— —unknown unicast)
路由器和交换机_集线器的工作原理,区别和联系
路由器，交换机，集线器工作原理，区别和联系工作原理一、集线器1.什么是集线器在认识集线器之前，必须先了解一下中继器。
在我们接触到的网络中，最简单的就是两台电脑通过两块网卡构成“双机互连”，两块网卡之间一般是由非屏蔽双绞线来充当信号线的。
由于双绞线在传输信号时信号功率会逐渐衰减，当信号衰减到一定程度时将造成信号失真，因此在保证信号质量的前提下，双绞线的最大传输距离为100米。
当两台电脑之间的距离超过100米时，为了实现双机互连，人们便在这两台电脑之间安装一个“中继器”，它的作用就是将已经衰减得不完整的信号经过整理，重新产生出完整的信号再继续传送。
中继器就是普通集线器的前身，集线器实际就是一种多端口的中继器。
集线器一般有4、8、16、24、32等数量的RJ45接口，通过这些接口，集线器便能为相应数量的电脑完成“中继”功能。
由于它在网络中处于一种“中心”位置，因此集线器也叫做“Hub”。
2.集线器的工作原理集线器的工作原理很简单，以图2为例，图中是一个具备8个端口的集线器，共连接了8台电脑。
集线器处于网络的“中心”，通过集线器对信号进行转发，8台电脑之间可以互连互通。
具体通信过程是这样的：假如计算机1要将一条信息发送给计算机8，当计算机1的网卡将信息通过双绞线送到集线器上时，集线器并不会直接将信息送给计算机8，它会将信息进行“广播”--将信息同时发送给8个端口，当8个端口上的计算机接收到这条广播信息时，会对信息进行检查，如果发现该信息是发给自己的，则接收，否则不予理睬。
由于该信息是计算机1发给计算机8的，因此最终计算机8会接收该信息，而其它7台电脑看完信息后，会因为信息不是自己的而不接收该信息。
3.集线器的特点1）共享带宽集线器的带宽是指它通信时能够达到的最大速度。
目前市面上用于中小型局域网的集线器主要有10Mbps、100Mbps和10/100Mbps自适应三种。
10Mb带宽的集线器的传输速度最大为10Mbps，即使与它连接的计算机使用的是100Mbps网卡，在传输数据时速度仍然只有10Mbps。
集线器交换机基本工作原理及配置-PPT精选文档
交换机MAC地址表学习（一）
MAC 地址表
A
0260.8c01.1111
网络互连
网桥(Bridge)
网桥能将两个以上独立的物理网络连接在一起，构成一个单个的逻辑LAN
网桥的工作原理
• 第一步： • ① 首先，SYS1向SYS6发送数据帧，帧的目的MAC地址=MAC6， 源MAC地址=MAC1。这时，网桥B1不管帧的目的MAC地址是什么， 它将从#1端口收下该帧。由于B1的自学习表为空，这样它不知道这 个帧应从哪个端口转发出去，所以，采用广播方式扩散到除入端口 （这里是#1端口）外的所有其它端口（这里是#2端口）。同时将源 MAC地址MAC1写到网桥B1的中，如表1所示。
网络互连
中继器（Repeater ）:是连接网络线路的一种装置，常用于两个网络
节点之间物理信号的双向转发工作。
1.主要作用
放大、再生二进制位信号（物理信号），延长电缆长度 .联结两个不同 的物理网段(只有两个端口)
2.特性
只具有简单的放大、再生物理信号的功能 只能连接相同或不同传输介质的同类局域网 把多个独立的物理网段连成一个大的物理网络 用中继器连接的局域网在物理上、逻辑上都是一个 网络 没有任何隔离功能
网桥 顺序 B2 的自 1 学习 表 2
PORT1 MAC1
PORT2
PORT3
帧扩散、帧丢弃、帧发到指定 PORT、其他 帧扩散
MAC4
集线器、交换机和路由器和 arp 的基本工作原理
集线器、交换机和路由器和 arp 的基本工作原理
集线器：
集线器是一种用于以太网网络中的传输设备。
当一个计算机发送数据时，集线器会将数据包从一个端口接收，在其他端口中广播该数据包。
这意味着，所有连接到集线器的设备都将获得该数据包，包括发送方。
交换机：
交换机是一种网络设备，可以更有效地传输数据包。
与集线器不同，交换机是一个有智能的网络设备。
交换机会维护一个MAC 地址表，当交换机收到一个数据包时，它会检查其源MAC地址，并与该MAC地址所在的端口中存储的MAC地址表进行比较。
如果该MAC地址在MAC地址表中已有记录，
则该数据包将仅转发到目标端口。
如果MAC地址表中不存在
记录，则交换机将广播该数据包到除源端口以外的其他端口。
路由器：
路由器是一种连接两个或多个网络的设备。
当路由器收到一个数据包时，它会检查该数据包的目标 IP 地址，并根据其内部
的路由表进行决策。
路由器可选择将该数据包广播到其他连接的网络，或者将其转发到已知目标网络的最佳路径。
ARP：
ARP 是 Address Resolution Protocol 的简写，中文为地址解析
协议。
它是将 IP 地址与 MAC 地址相互映射的协议。
ARP协
议使用ARP请求（ARP Request）和 ARP响应（ARP Reply）。
当一个设备需要找到另一个设备时，它会向网络中广播一个
ARP 请求，请求目标设备的 MAC地址。
目标设备将在 ARP 请求中回复自己的 MAC地址。
完成 ARP解析后，设备将能够传输数据包。
集线器和交换机的区别
集线器和交换机的区别电脑知识-电脑高手网（）：集线器和交换机有什么区别目前，80％的局域网（LAN）是以太网，在局域网中大量地了集线器（HUB）或交换机（Switch）这种连接设备。
利用集线器连接的局域网叫共享式局域网，利用交换机连接的局域网叫交换式局域网。
那它们二者有何区别呢？大家知道，以太网中采用的工作方式是CSMA／CD（载波监听多路访问／冲突检测），对于发送端来说，它每发送一个数据信息时，首先对网络进行监听，当它检测到线路正好有空，便立即发送数据，否则继续检测，直到线路空闲时再发送。
对于接收端来说，对接收到的信号首先进行确认，如果是发给自己的就接收，否则不予理睬。
在介绍集线器与交换机二者区别的时候，我们先来谈谈网络中的共享和交换这两个概念。
在此，我们打个比方，同样是10个车道的马路，如果没有给道路标清行车路线，那么车辆就只能在无序的状态下抢道或占道通行，容易发生交通堵塞和反向行驶的车辆对撞，使通行能力降低。
为了避免上述情况的发生，就需要在道路上标清行车线，保证每一辆车各行其道、互不干扰。
共享式网络就相当于前面所讲的无序状态，当数据和用户数量超出一定的限量时，就会造成碰撞冲突，使网络性能衰退。
而交换式网络则避免了共享式网络的不足，交换技术的作用便是根据所传递信息包的目的地址，将每一信息包独立地从端口送至目的端口,避免了与其它端口发生碰撞，提高了网络的实际吞吐量。
共享式以太网存在的主要问题是所有用户共享带宽，每个用户的实际可用带宽随网络用户数的增加而递减。
这是因为当信息繁忙时，多个用户都可能同进“争用”一个信道，而一个通道在某一时刻只充许一个用户占用，所以大量的经常处于监测等待状态，致使信号在传送时产生抖动、停滞或失真，严重影响了网络的性能。
集线器上是一个中继器，而中继器的主要功能是对接收到的信号进行整形再生放大，使被衰减的信号再生（恢复）到发送时的状态，以扩大网络的传输距离，而不具备信号的定向传送能力。
交换机与集线器工作机理分析
交换机与集线器工作机理分析交换机和集线器是计算机网络中常用的设备，它们都起到连接并传输数据的作用，但在工作原理上有很大的区别。
下面将对交换机和集线器的工作机理进行分析。
1.集线器的工作机理:集线器又称为集线器，它是一种简单的网络设备，用于连通多个计算机在物理上组成一个局域网络。
集线器的工作原理非常简单，它只是起到将多个计算机连接在一起的作用，在一个端口接收到数据后，集线器会将该数据广播到所有其他的端口上，让其他计算机接收到这个数据。
这种广播方式对于如何发送数据没有感知，也不会对数据进行任何处理。
这就导致集线器会造成网络的拥塞和冲突，特别是在网络通信比较频繁的情况下，例如同时有多个计算机在发送数据时，就会导致冲突问题。
因为集线器没有智能处理数据的能力，所以数据包无法准确定位到特定的目标计算机，而是广播到所有计算机上，从而浪费了带宽和网络资源。
2.交换机的工作机理:交换机是一种智能的网络设备，它可以根据数据包的目标地址决定将其发送到特定的端口上，而不是广播到所有端口上。
交换机具有多个端口，每个端口连接一个计算机或其他设备。
当一个数据包到达交换机时，交换机会查看数据包的目标地址，并通过查找交换表来确定该数据包应该发送到哪个端口上。
交换表是交换机内部的一个表格，记录了每个设备的MAC地址与其对应的端口。
交换机会定期更新交换表，以保持与网络中各设备间的最新连接状态。
交换机的工作过程是：(1)当一个数据包到达交换机时，交换机会读取数据包的目标MAC地址。
(2)交换机会查询交换表，查找目标MAC地址对应的端口。
(3)如果交换表中存在目标MAC地址对应的端口，交换机会将数据包仅发送到该端口上。
(4)如果交换表中不存在目标MAC地址对应的端口，交换机会将数据包广播到所有其他端口上。
(5)当交换机接收到回应数据包时，交换机会更新交换表，将发送该回应数据包的设备的MAC地址与其所在的端口对应起来。
交换机在传输数据时，采用的是点对点的方式，即数据只会发送到目标设备上，而不会广播到所有其他设备上，这就避免了数据冲突和网络拥塞的问题。
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一、实验名称：交换机与集线器工作机理分析
二、实验目的：（1）观察交换机处理广播和单播报文的过程；（2）比较交换机与集线器的工作过程；（3）掌握使用PacketTracer模拟网络场景的基本方法，加深对网络环境、网络设备和网络协议交互过程等的理解。
三、实验内容和要求：（1）在PacketTracer模拟器中配置网络拓扑；（2）观察交换机如何处理广播和单播报文；（3）观察交换机和集线器的工作过程。
四、实验环境：windows7下的PacketTracer环境
五、操作方法与实验步骤：
（一）交换机是如何处理单播的
用一个集线器hub将PC4、PC5连接起来再与PC1、PC2、PC3、PC4连接到同一个交换机上
用PC0为例，配置PC机的ip地址，5台PC机的ip地址地址分别为192.168.1.10、192.168.1.11、192.168.1.12、192.168.1.13、192.168.1.14、192.168.1.15，网关都为192.168.1.1,掩网子码为255.255.255.0
从PC0发送ping到PC1
在平操作没有完成时PC0、PC1的ARP表和交换机的mac表都为空
这是还未完成ping操作时Event list的内容
点击ICMP的info图标，可知源ip地址是PC0的ip地址，目的地址是PC1的ip地址
点击ARP的info图标可以看到它的源ip地址是PC0的ip地址，并且它想努力获得PC1的ip地址PC1的mac地址和ip地址
然后开始Capture/Foward 操作，一直点击Capture/Foward，知道ping完成可以发现如下图所示PC0、PC1的ARP表和交换机的mac表不再为空，交换机的mac表获得了PC0和PC1两者的mac地址。
一开始PC0的ARP表是没有PC1的内容的所有它要发出一个ARP请求以完成ping操作，交换机从ARP请求中获得PC0的mac地址以及其连接的端口，从ARP回复中获得PC1的mac地址以及其连接的端口。
交换机获得了这些信息之后就完成了ping操作。
从以上操作我们不难发现ping这个操作从交换机的角度来看是单播过程。
（二）交换机如何处理未知广播
进入交换机的CLI选项中，对交换机的mac表进行清空，操作语句如下所示
完成了上面语句可以看到交换机的mac表已经清楚了
因为mac表被清空，所以交换机像处理广播一样，将数据包向除接收端口以外的所有端口泛洪出去，
（三）、进行PC4到PC0ping操作
进行从PC4发出到PC0的ping操作，完成整个ping操作Event List的内容是这样的
完成整个ping操作后PC4和PC0的ARP表入下所示
在完成PC4到PC0的平操作时我发现凡是hub接受到的数据包hub它都没有像我想象的那样转发给我想要的特定的目标。
例如：这是PC4想要通过hub发送数据包给交换机的情况，可见它不仅把数据包转发给了交互机它也把
转发给了PC5.
这是PC0通过交换机后再经过hub发送数据包给PC4，但是我们可以看见hub把数据同时发送给了PC4和PC5
后来我用inspect查看集线器发现只有如下图所示的简单信息，没有像交换机一样有mac表
最后查询发现，集线器采用广播的形式传输数据，即向所有端口传送数据。
六、实验体会、质疑和建议
这次实验通过自己一步一步地操作，以及对Event List内容的分析，以及对数据包传递过程的观察，还有对PC机ARP表、交换机mac表内容的分析让我了解了两台主机ping过程中所涉及的协议，以及交换机转发数据包的原理，它在转发ping操作的数据包时是必须知道目的机的mac地址以及其连接端口的，所以它是在单播这些消息的。
而且我还知道了，当交换机的mac表一旦被清空，它再收到数据包，就会像处理广播一样，向着除接收端口以外的所有端口泛洪出去。
最后我在观察数据传递的过程中发现，集线器采用广播的形式传输数据，即向所有端口传送数据。