史上最通俗的集线器、交换机、路由器功能原理入门

川长思鸟来 2022-05-23 06:22 131阅读 0赞

## 1、前言 ##

本文旨在简单地说明集线器、交换机与路由器的区别，因而忽略了很多细节，三者实际的发展过程和工作原理并非文中所写的这么简单。如果你看完本文能大概了解到三者的异同，本文的目的就达到了。

## 2、帝国时代 ##

我相信我们都玩过一款特别火的游戏：帝国时代。小时候想要玩帝国时代，需要到软件城购买盗版光盘安装，大概3块钱一张左右的样子，当时已经觉得很便宜了，谁想到现在有了网络之后是免费。  
  
小A是一个帝国时代大神，他打通了游戏的所有关卡，可以一个人单挑8个疯狂的电脑玩家。渐渐地他觉得无聊了，想要找小伙伴一起PK。  
  
但是两个电脑需要互联才行，如何实现两台设备的互联呢？  
  
小A很聪明，他发明了一个类似于USB口一样的可以传输数据的端口，他将其命名为网口。小A通过一根网线将自己的电脑与小B的网口相连，实现了两台电脑间的互连（如下图）。

## 3、集线器（Hub） ##

两个小伙伴很开心，联机玩了起来，这时被路过的小C看见了，小C也要加入进来。  
  
但是我们知道，每台电脑只有一个网口，无法实现三台电脑的相互连接，那要要怎么办呢？

这时候小B出了一个主意：咱们再找一台计算机，给他多设计几个网口，我们每个人都连到这台计算机的网口上，不也实现咱们哥几个之间的互连了吗。  
  
说干就干，于是他们设计出了一款微型计算机，他本身具备多个网口，专门实现多台计算机的互联作用，这个微型计算机就是集线器（HUB）。  
  
顾名思义，集线器起到了一个将网线集结起来的作用，实现最初级的网络互通。  
  
集线器是通过网线直接传送数据的，我们说他工作在物理层（如下图所示）。

## 4、交换机 ##

有了集线器后，越来越多的小伙伴加入到游戏中，小D、小E等人都慕名而来。  
  
然而集线器有一个问题，由于和每台设备相连，他不能分辨出具体信息是发送给谁的，只能广泛地广播出去。  
  
例如小A本来想问小C：你吃了吗？结果小B，小D和小E等所有连接在集线器上的用户都收到了这一信息。   
  
由于处于同一网络，小A说话时其他人不能发言，否则信息间会产生碰撞，引发错误，对这种情况，我们称为各设备处于同一冲突域内。

这样的设备用户体验极差，于是小伙伴们一起讨论改进措施。  
  
这时聪明的小D发话了：我们给这台设备加入一个指令，让他可以根据网口名称自动寻址传输数据。  
  
比如我把小A的网口命名为macA，将小C的命名为macC，这时如果小A想要将数据传给小C，则设备会根据网口名称macA和macC自动将资料从A的电脑传送到C的电脑中，而不让小B、小D和小E收到。  
  
（补充说明： 这里的macA, macB指的就是MAC地址，相当于一个人的身份证，独一无二。）  
  
也就是说，这台设备解决了冲突的问题，实现了任意两台电脑间的互联，大大地提升了网络间的传输速度，我们把它叫做交换机。  
  
由于交换机是根据网口地址传送信息，比网线直接传送多了一个步骤，我们也说交换机工作在数据链路层（如下图）。

这回小伙伴们高兴了，他们愉快地玩耍起来。

## 5、路由器 ##

渐渐地，他们在当地有了名气，吸引了越来越多的小伙伴加入到他们的队伍中。有一天，一个外村的小伙突然找上门来，希望能和他们一起互联，实现跨村间的网络对战。  
  
小A说可以呀，于是他们找了一根超长的网线将两个村落的交换机连在了一起。结果发现一件奇怪的事：两个村落间竟然不能相互通信。  
  
怎么回事？原来那边的电脑和他们用的不是一套操作系统，这导致信息间的传送形式的不匹配。在这期间，还有其他村落的人也来找过小A，可是小A发现，每个村子之间用的操作系统都不一样。  
  
这可咋办呐？难道以后只能各自村子玩各自的了吗？为了解决这一问题，各村的小伙伴们坐在一起组织了一场会议，最终得出了一套解决方案：采用同样的信息传送形式（像不像秦始皇统一度量衡？）。  
  
那如何实现呢？小伙伴们规定，不同的村子间先在各自的操作系统上加上一套相同的协议。不同村落通信时，信息经协议加工成统一形式，再经由一个特殊的设备传送出去。这个设备就叫做路由器。  
  
在这套协议中，每个机器都被赋予了一个IP地址，相当于一个门牌号一样。路由器通过IP地址寻址，我们说它工作在计算机的网络层。  
  
这样，经由如此的一系列改装，小A终于带领村民们实现了整个乡镇的通信。随着越来越多的城里人也加入小A的协议，小A带领村民逐步实现了全市、全国乃至全世界的通信。这一套协议便是TCP/IP协议簇，互联网也便这样形成了

然而，即便如今全网络已遍布了全世界，在小A和村里的小伙伴对战帝国时代的时候，也仍然用着交换机。只有和外面更大的世界交流的时候才用到路由器。  
  
其实上图只是为了帮助您更好地理解路由器，一个真实的网络拓扑中，路由器、交换机、集线器是一起分工合作的，正如下图所示：

（如上图所示：Router即路由器、Switch即交换机、Hub即集线器）

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