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交换机与路由器差异解析:深度揭秘网络设备工作原理区别

计算机网络的世界里,我们可以将以太网比作一个巨大的对讲机网络,而每一台计算机就像是使用对讲机的个体。当我们尝试在这个网络中传输数据时,如果多台计算机同时“说话”,就会产生冲突,就像多人同时通过对讲机交谈,导致彼此听不清楚。
为了解决这个问题,我们引入了CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测)机制。它的原理类似于在对讲机通话前先“倾听”,确保没有人正在说话。如果在发送数据过程中检测到其他设备也在发送,就会立即停止,稍后再次尝试。
这个过程可以分为四个步骤:
1. 倾听:在发送数据前,计算机先检查网络线路是否空闲。如果线路繁忙,它会等待一段时间再次尝试。
2. 发送:一旦确认线路空闲,计算机就会开始发送数据。
3. 测试:在发送数据的同时,计算机继续监听线路,确保没有其他设备在同一时间发送数据。
4. 冲突处理:如果检测到冲突,计算机将停止发送,等待一个随机时间段后重新尝试。
与CSMA/CD相对应的,是广播域的概念。广播域就像是商场的广播系统,当一个设备发送广播信息时,整个网络范围内的所有设备都能接收到这个信息。如果广播域过大,会导致网络带宽被大量消耗,降低网络效率
冲突域和广播域是网络中的两个重要概念。冲突域基于OSI模型的物理层,是指那些可能会发生数据冲突的设备集合。例如,集线器的所有端口都属于同一个冲突域。而广播域则基于数据链路层,是指能够接收同一广播信息的设备集合。
集线器是一种简单的网络设备,它将接收到的数据以广播的形式发送到所有端口,因此每个端口都是冲突域和广播域的一部分。随着网络技术的发展,集线器因为无法有效处理冲突和广播,已经逐渐被淘汰。
相比之下,第2层交换机能够根据MAC地址智能转发数据包,每个端口都是独立的冲突域,从而有效减少了数据冲突。然而,第2层交换机并不能划分广播域,它仍然会转发广播消息。
路由器则工作在网络层,根据IP地址转发数据包。它不会转发广播报文,因此每个端口连接的网络都形成了独立的广播域。同时,路由器还能划分冲突域和广播域,为网络提供更高效的通信方式。
总结来说,集线器、第2层交换机和路由器是网络中常见的三种设备。集线器工作在物理层,直接转发消息,无法划分冲突域和广播域。第2层交换机根据MAC地址转发数据包,能划分冲突域但不能划分广播域。路由器则能同时划分冲突域和广播域,根据ip地址转发消息。了解这些设备的工作原理,对于我们设计和管理网络有着重要的意义。

冲突域我们把以太网想象成对讲机,把计算机想象成使用对讲机的人,把数据传输想象成用对讲机说话。现在一群人打一个真人CS,两个或两个以上的人同时通过对讲机说话,都听不清楚自己在说什么。这是一个冲突。对讲机频道只能一个人单独使用。对讲机和每个使用对讲机的人形成一个冲突域。

交换机与路由器差异解析:深度揭秘网络设备工作原理区别

CSMA/CD

为了解决冲突域问题,通常采用CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测)。它的工作原理是:在发送数据之前,监测信道是否空空闲,如果空空闲就立即发送数据。发送数据时,边发送边继续监听。如果检测到冲突,立即停止发送数据。等一会儿,再试一次。

以对讲机为例,说明控制过程的四项内容:侦听、传输、检测、冲突处理。

1.倾听:

在你说话之前,先听听是否有人在说话。

如果有人说话,随机等一段时间再听;

如果没人说话,你自己开始说。

2.发送:

当你确认你想发言时,立即开始发言。

3.测试:

自己一个人发言的时候,可能会出现很多人同时发言的情况。因此,你应该边听边说,以确定是否有冲突。

4.冲突处理:

确认冲突后,进入冲突处理程序。有两种冲突:

A.如果发现有人在听的时候说话,请等待一段时间,然后再听一次,直到空可以说话为止。

B.如果说话时有冲突,先停止说话,然后再听,直到下次再说话。

广播域网络的广播就像我们商城的广播一样。你一说话,整个商场都会听到。可以广播的范围是广播域。如果不维护广播域,会消耗大量带宽,降低网络效率。

冲突域和广播域的区别冲突域是基于OSI的第一个物理层。

第一层设备有集线器,第二层设备可以隔离冲突域,如交换机。

交换机可以缩小冲突域的范围,交换机的每个端口都是一个冲突域。

广播域是基于OSI的第二层数据链路层。

第2层设备有第2层交换机,第3层设备可以隔离广播域,如路由器。

路由器可以隔离广播域,每个端口都是一个广播域。

Hub是多端口中继器,无法识别MAC地址和IP地址,将接收到的数据以广播的形式发送出去。它的所有端口都是冲突域,也是广播域。

该集线器结构简单,没有任何复杂的网络功能,适用于小型百兆局域网。十几年前在大学宿舍广泛使用。随着网络的发展,接入终端的数量增加,集线器的数据碰撞经常发生,浪费带宽,导致网速变慢。同时,百兆集线器无法满足现在流行的千兆局域网的速度要求,目前已经淘汰了这种集线器。

第2层交换机根据MAC地址转发数据包。端口独立收发数据,所有端口属于不同的冲突域,有效隔离冲突。第2层交换机转发广播消息,因此它们不能划分广播域。

路由器根据IP地址转发IP数据包。路由器不会转发广播报文,所以路由器每个端口连接的网络自己形成一个广播域,路由器划分冲突域和广播域。

集线器、第2层交换机和路由器之间的区别集线器工作在第一物理层。

集线器直接转发消息。

集线器既不能划分冲突域,也不能划分广播域。

第2层交换机在第二个数据链路层工作。

第2层交换机根据MAC地址转发数据包。

第2层交换机只能分割冲突域,而不能分割广播域。每个端口都是一个冲突域。

路由器工作在第三网络层。

路由器根据IP地址转发消息。

路由器分为冲突域和广播域,每个端口都是一个广播域。

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