轉載自：http://blog.csdn.net/sailor_8318/article/details/3907345
交換式以太網和共享式以太網區別
集線器，又稱Hub，在OSI模型中屬於數據鏈路層。但由於集線器屬於共享型設備，導致了在繁重的網絡中，效率變得十分低下，易產生廣播風暴。所以我們在中、大型的網絡中看不到集線器的身影。
交換機是一種基於MAC（網卡的硬件地址）識別，能完成封裝轉發數據包功能的網絡設備。交換機可以"學習"MAC地址，並把其存放在內部地址表中，通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。
在局域網中大量地了集線器（HUB）或交換機（Switch）這種連接設備。利用集線器連接的局域網叫共享式局域網，利用交換機連接的局域網叫交換式局域網。那它們二者有何區別呢？
大家知道，以太網中採用的工作方式是CSMA／CD（載波監聽多路訪問／衝突檢測），對於發送端來說，它每發送一個數據信息時，首先對網絡進行監聽，當它檢測到線路正好有空，便立即發送數據，否則繼續檢測，直到線路空閒時再發送。對於接收端來說，對接收到的信號首先進行確認，如果是發給自己的就接收，否則不予理睬。
在介紹集線器與交換機二者區別的時候，我們先來談談網絡中的共享和交換這兩個概念。在此，我們打個比方，同樣是10個車道的馬路，如果沒有給道路標清行車路線，那麼車輛就只能在無序的狀態下搶道或佔道通行，容易發生交通堵塞和反向行駛的車輛對撞，使通行能力降低。爲了避免上述情況的發生，就需要在道路上標清行車線，保證每一輛車各行其道、互不干擾。共享式網絡就相當於前面所講的無序狀態，當數據和用戶數量超出一定的限量時，就會造成碰撞衝突，使網絡性能衰退。而交換式網絡則避免了共享式網絡的不足，交換技術的作用便是根據所傳遞信息包的目的地址，將每一信息包獨立地從端口送至目的端口，避免了與其它端口發生碰撞，提高了網絡的實際吞吐量。
共享式以太網存在的主要問題是所有用戶共享帶寬，每個用戶的實際可用帶寬隨網絡用戶數的增加而遞減。這是因爲當信息繁忙時，多個用戶都可能同進“爭用”一個信道，而一個通道在某一時刻只充許一個用戶佔用，所以大量的經常處於監測等待狀態，致使信號在傳送時產生抖動、停滯或失真，嚴重影響了網絡的性能。
交換式以太網中，交換機供給每個用戶專用的信息通道，除非兩個源端口企圖將信息同時發往同一目的端口，否則各個源端口與各自的目的端口之間可同時進行通信而不發生衝突。
交換機只是在工作方式上與集線器不同，其它的連接方式、速度選擇等則與集線器基本相同。
共享式以太網與交換式以太網
--- 北京郵電大學電信工程學院計算機技術中心講師劉瑞芳
--- 北京郵電大學電信工程學院計算機技術中心教授徐惠民
［摘要］本文首先介紹傳統以太網的基本技術，在此基礎上發展起來的快速以太網經歷了一個從共享
介質到專用介質、從集線器到交換機、從共享信道到專用信道、從10Mb/s到100Mb/s的歷程。文章最後從
實際應用的角度列舉了交換式快速以太網的幾個組網實例。
在一些場合下，把以太網、令牌環網、令牌總線網等物理網絡稱爲傳統局域網，而以太網是最成功的局域
網技術，得到了最爲廣泛的應用（價格取勝）。以太網誕生之初，10Mb/s的傳輸速率遠遠超出了當時計算
機的需求和性能，所以共享帶寬是其本意，網絡上的多個站點共享10Mb/s帶寬，而在任意時刻最多隻允許
網絡上兩個站點之間通信，其它站點必須等待。計算技術與通信技術的發展尤如鐘擺，在某個時期內，計
算性能可能超過當時的通信技術，而另一時期內，通信技術又可能超過當時的計算性能，系統性能要麼受
到通信系統的限制，要麼受到使用這些通信信道的計算設備的限制，所以，從10Mb/s以太網引入，到１０
年後４８６PC機能以10Mb/s進行持續的數據傳輸，這期間以太網缺少升級的驅動力。假設10Mb/s以太網
上有１０個站點，由於共享帶寬，每個站分到的平均帶寬爲1Mb/s，再加上因衝突而重試，每個站分到的帶
寬就更少了。當這種共享式以太網阻礙了系統性能時，爲了提升帶寬，10０Mb/s接口的以太網發展起來，
稱爲快速以太網。快速以太網是在傳統以太網基礎上發展起來的，經歷了一個從共享介質到專用介質，從
集線器到交換機，從共享信道到專用信道，從10Mb/s到100Mb/s的歷程。在實際應用時，兩種網絡可能混
合存在於同一個網絡系統中，即有的計算設備以10Mb/s接入，而有的計算設備以10０Mb/s接入。
一傳統以太網技術
無論是10BASE2還是10BASET，以及10BASEF（以光纖爲介質），傳統以太網的最初概念就是：提供一種
方法，允許多臺設備共享一個公共信道，所以它們都是共享1０Mb/s帶寬。網絡上的每臺計算機需要安裝
網絡適配器，如PC機的網卡，然後經BNC頭、RJ45頭、雙工SC等接插件與傳輸介質相連，從而構成系
統。
以太網適配器要實現ISO/OSI底兩層協議的功能（圖1是以太網適配器的邏輯結構圖），物理層實現兩站間
無特徵、無結構的二進制數據位流的傳送，MAC(MediaAccessControl)子層採用CSMA/CD算法：當一個
站點要發送信息前，先偵聽總線是“閒”還是“忙”，如介質上有信息表示“忙”，則按某種隨機的退避算法，
推後一段時間，並在線路“閒”時再發送，由於信息在介質上傳播有延時，當偵聽到“閒”時，可能其它站已
在發送信息而信號在介質上還未傳到本站的物理位置，此時站點誤認爲“閒”，就發信息而造成“衝突”，因
此要邊發送邊檢測，一旦檢測到衝突即停止發送，仍以某種隨機的退避算法，推後一段時間再試着發送。
嚴格地說，MAC地址只需要局部唯一，也就是說，只需要在局域網的所有端口中唯一，但不要求在所有局
域網中唯一。人們在設計鏈路地址時傾向於“地址位越少越好”，可以減小各種開銷，只要網絡上站的數量
少到夠用就行。但是以太網一反常規思維，採用了48位地址空間（能使地球上平均每人擁有5萬個地址，或
者說，在地球表面有人居住的每平方米上可以有5個全局唯一地址）。正是這48位全局唯一地址，解決了以
太網接入設備數量日益增長的問題，而隨着技術的發展（10０Mb/s以太網，100０Mb/s以太網）“帶寬變得
越來越便宜”，擴大地址位並沒有增加太大開銷。
可以說，CSMA/CD算法是以太網的精髓，在任意給定時刻，以太網只能從一個源站向另一個或多個目的
站傳送數據，雙向通信是由幀的快速交換而不是全雙工操作來實現的，所以，傳統以太網是半雙工的工作
方式。
二從共享介質到專用介質
最早的以太網使用粗同軸電纜作爲底層的物理傳輸介質(10BASE5標準)，後來爲了減少成本及安裝複雜
性，使用細同軸電纜(10BASE2標準)，這兩種以太網都是總線型結構，網絡上的各站點通過BNC插頭連
接到同軸電纜，共享介質，共享帶寬。
由於結構化佈線技術的發展，以太網物理結構由總線型轉向星型。利用佈線系統標準，可以使建築物以常
規方式進行佈線，而不必在佈線時考慮以後安裝和使用的設備。按照基本的結構化佈線模型，水平分佈的
是非屏蔽雙絞線，所以各端設備要與非屏蔽雙絞線相連。以太網採用雙絞線作爲底層的物理傳輸介質
(10BASET標準)，網絡上的各站點通過RJ45插頭用非屏蔽雙絞線與集線器Hub相連，這樣就由共享介質
發展爲專用介質，專用介質具有如下優點：
●可以進行結構化佈線，容易增加或減少站以及改變配置。對於總線型結構，任何變動都需要重新布
線，可能要爬進頂棚或打掉牆來找電纜，並使網絡中斷。
●有故障隔離作用。在總線型結構中，任何一個串接的T接頭不牢固，都會導致全網不通，星型結構
就避免了這一缺點。
●網絡管理簡單，所有的用戶連接和網絡集線器都放在配線間，網絡診斷、測試、維護都變得相當簡
單。
● 可 以 在 集 線 設 備 中 增 加 各 種 網 絡 管 理 功 能 。
雖然雙絞線本身的傳輸特性不如同軸電纜，並且系統總的造價要比原來高得多（每個站點都要佈線到配線
間；系統中需要有Hub等集線設備），但人們還是紛紛轉向專用介質以太網。
這時的以太網雖然使用專用介質，但仍然是共享帶寬的。其中，集線器Hub的功能很簡單，它直接工作在
物理層，不處理數據鏈路幀，不是一個存儲-轉發設備。它從發送端站接收數據，然後向除信號到達端口之
外的所有端口重發數據，每個端口要進行載波監聽，一旦檢測到信號就觸發內部狀態機，並通知其它站，
同樣Hub要進行衝突檢測，內部狀態機將把衝突消息傳送給相關的站。因此，Hub內部不需要MAC實體
來實現CSMA/CD算法，僅需要幾個比特的緩衝區，以允許端口間信號重新記時。共享式Hub內部帶寬並
不比任何一個端口大。
多個站共享介質，它們就不可能有專用的帶寬，所以說，專用介質以太網的產生爲以後的專用帶寬提供了
必要的前提。
三從集線器到交換機
20世紀90年代，由於計算能力特別是桌面機的計算能力的增長，加上接入以太網的計算機數量的增加，通
信信道的利用率增加了，信道有時甚至會發生擁塞，10Mb/s信道變成了制約系統性能的主要因素。傳統的
提升這類共享型網絡帶寬的方法是採用網橋或路由器進行網段分割。網橋和路由器都是存儲-轉發部件，所
不同的是，路由器工作在ISO/OSI的底三層協議，而網橋工作在ISO/OSI的底兩層協議。以太網只涉及到
底兩層協議，所以在這裏我們不對路由器進行深入探討。網橋有各種類型，如：透明網橋、源路由網橋、
翻譯網橋等，有的網橋不是用於以太網，有的是在不同類型的局域網之間起到轉換橋接作用。我們主要討
論的是透明網橋，在本文中談到網橋均指透明網橋。網橋最初主要用於網段分割，從而隔離通信流量並改
善網絡性能，其基本特點有：
●網橋工作在數據鏈路層，接收和轉發數據幀，並對幀進行管理
●網橋獨立於網絡層協議
●作爲存儲-轉發設備的網橋，可以具有不只兩個端口，這樣的多端口網橋叫做多路網橋
●網橋是一個有源設備，所以能擴大以太網的地理範圍，不再受CSMA/CD介質訪問機制的限制
網橋內部存在MAC實體，工作在MAC子層，傳輸的是幀，它從幀中的源地址逆向學習，生成、完善和維
護地址表。網橋與每個相連的LAN(LocalAreaNetwork)的連接處都有一個端口，每個端口對應一個MAC
實體。網橋接收其每個端口到來的每一幀，根據幀的源地址動態更新或補充地址表的內容，若某表項長時
間沒被刷新，超過一定時間將被刪除。經過一段時間，隨着站不斷地發送幀，網橋就知道所有活動站的地
址-端口對應關係。當一個端口接收到幀後，網橋檢查該幀的目的地址，然後查找地址表，確定與該地址對
應的端口，以便轉發出去。如果收到幀的端口正是幀的目的地址所在端口，網橋就丟棄該幀，因爲通過正
常的LAN傳輸機制，目標機已收到該幀。如果在地址表中找不到該目的地址與端口，還未建立該表項，它
便會向除收到該幀之外的所有端口轉發此幀。圖2表示了網橋簡化的工作過程。
有幾點需要特別說明：
●網橋的正常工作依賴於以太網的48位全局唯一地址。
●網橋連接了多個不同的網段，對於每個網段，網橋有一個端口和一個MAC實體與之對應，就某個
網段而言，網橋的MAC實體與其它站是平等的，網橋沒有任何特權，一樣要進行載波監聽、衝突檢測及
退避延遲。
●端站意識不到網橋的存在，轉發幀的源地址是該幀最初發送者的地址，而不是網橋的地址，發送者
不知道也不需要知道網橋在爲它轉發。因此，網橋是透明的。
網橋初期主要用於網段分割、距離延伸、增加設備。後來，使用先進的應用專用集成電路、處理器和存儲
技術可以容易地建造高性能網橋，可以在所有端口同時以全容量轉發幀，各端口成爲一個專用信道（不象
Hub，所有端口共享10Mb/s信道），並且網橋內部帶寬要大的多（典型的無阻塞網橋內部帶寬是所有端口帶
寬的總和），這種產品叫做以太網交換機，其本質就是一個多路網橋。
以太網交換機的應用突破了傳統以太網的限制，出現了交換式以太網。在交換式以太網中，計算機可以擁
有自己的專用信道，而不象原來所有計算機必須共享信道。由共享信道發展爲專用信道得益於專用介質以
太網的首先出現，也就是說，交換式以太網從交換機的角度來看，一定是星型結構，不可能是總線型結構。
當然，以太網交換機的某個端口接入的可能不是一臺計算機，而是一個傳統的共享式以太網段（別忘了，
交換機的本質是網橋，網橋最初用於網段分割），那麼該網段上的計算機共享帶寬，交換機在這裏起到了隔
離衝突域的功能。同一個衝突域中的站競爭信道，不同衝突域中的站不會競爭公共信道，參見後面圖5。
四從10Mb/s到100Mb/s
交換式以太網給每個桌面機帶來了更大的帶寬，它們不必再與其他用戶共享一個信道。當然，大多數網絡
使用服務器，服務器仍然由許多用戶共享，由於每個用戶擁有專用帶寬，因此對服務器的帶寬需求變得越
來越大，於是10０Mb/s的以太網誕生了，人們稱其爲快速以太網。快速以太網是在原有的以太網基礎上發
展來的，並且要與原有的以太網兼容，所以採用傳統的以太網基本技術。
100Base-T與10Base-T使用相同的連接器和電纜，所以兩種系統最好能兼容，否則對於網絡安裝人員來說，
即使很小心地操作也可能犯錯誤（比如把100Mb/s網卡連入了10Mb/s集線器），更何況對數以千計的設備進
行手工配置的工作量如此之大，於是人們開發了自動協商機制。自動協商在站與Hub之間進行，設備初始化時，
每個設備會主動發送一個16bit的自動協商報文，“通告”其功能。這也正是網卡有10/10０Mbps自適
應網卡的原因。光纖以太網主要用於幹線環境，在整個市場上只佔相對小的份額，因此手工配置是可以接
受的，沒有自動協商。
在開發快速以太網時，LAN佈線模型已經轉向結構化佈線，所以快速以太網沒有提供共享介質選項。雖然
快速以太網中最常使用的是交換機，但也有10０Mb/s集線器，可以組成共享式以太網，共享10０Mb/s帶寬 。
另外100Base-FX只用於交換式以太網，不用於共享式以太網，也就是說，10０Mb/s集線器只有雙絞線接口 。
五交換式快速以太網的應用
實 例 一 ： 交 換 機 用 於 對 傳 統 共 享 式LAN 分 段 ， 提 供 折 疊 式 主 幹網( 如 圖3）。
實例二：交換機取代集線器Hub的位置，用於端站互連，每個端站有專用帶寬，並且每個站的數據率不依
賴於任何其它站（如圖4）。
這樣，端站之間沒有衝突，但端站和交換機端口中MAC仍可能衝突，在這裏可以使用全雙工工作方式來
消除衝突（我們前面曾說過，以太網是半雙工的，當衝突域縮小到只有兩點會發生衝突時，就可以通過增
加傳輸線對並修改CSMA/CD算法來實現全雙工）。目前有些供應商聲稱自己的產品是20Base-T或200Base-
T， 事 實 上 指 的 是 全 雙 工 工 作 方 式 。 全 雙 工 以 太 網 正 是 千 兆 以 太 網 的 基 礎 。
實例三：混合使用，靈活配置交換機的各端口速率，並隔離衝突域。
