路由器、交换机、集线器

路由器、交换机和集线器都是网络设备，它们在计算机网络中扮演着不同的角色，各自具有不同的功能和特点。本文记录这些设备的用途和之间的区别。

简介

集线器（Hub）

集线器是最基础的网络设备之一。它的主要作用是将多个网络设备连接在一起，使它们可以共享同一个局域网，是一种将多条双绞线或光纤集合连接在同一段物理介质下的设备，通常工作在物理层（即OSI参考模型第一层），用于连接局域网段。

集线器拥有多个端口，当其中一个端口接收到信号后，会将衰减的信号整形放大，然后再将放大的信号广播转发给其他所有端口，以便局域网的所有段都可以看到数据包。在网络中，集线器充当着设备的公共连接点。

它只关心数据如何在物理媒体上传输，而不关心传输的数据内容。集线器的主要功能是信号放大和中转，但它不具备智能判断功能，所有接入集线器的设备共享带宽，这可能导致网络拥塞。

工作原理

集线器的工作原理很简单，比如有一个具备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。

交换机（Switch）

交换机是一种用于光/电信号转发的网络设备，通常工作在数据链路层或网络层（即OSI参考模型的第二层和第三层），支持各种数据包协议。它能够识别数据包中的MAC地址，并基于MAC地址来转发数据包，从而实现不同设备之间的通信。交换机为每个端口提供了独立的带宽，有效减少了网络拥塞。现代的交换机通常还具备VLAN（虚拟局域网）等功能，可以提高网络的灵活性和扩展性。

在网络中，交换机是用于局域网段之间过滤和转发数据包的设备，是针对共享工作模式的弱点而推出的。集线器是采用共享工作模式的代表，如果把集线器比作一个邮递员，那么这个邮递员是个不认识字的“傻瓜”——要他去送信，他不知道直接根据信件上的地址将信件送给收信人，只会拿着信分发给所有的人，然后让接收的人根据地址信息来判断是不是自己的!而交换机则是一个“聪明”的邮递员——交换机拥有一条高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这条背部总线上，当控制电路收到数据包以后，处理端口会查找内存中的地址对照表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口。目的MAC若不存在，交换机才广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部地址表中。

路由器（Router）

路由器是连接 Internet 中各局域网、广域网的设备，通常位于两个或者多个网络连接的网关处，工作在网络层，用于实现两个局域网或两个广域网或一个局域网和互联网服务提供商之间的网络连接。它通过查看数据包的目标IP地址，来决定如何将数据包从源网络转发到目标网络。路由器不仅可以连接局域网和广域网，还可以连接不同的网络协议，如IPv4和IPv6。路由器具有路径选择和网络拥塞控制功能，能够优化数据传输路径。

在路由器中通常存着一张路由表，它会根据信道的情况自动选择和设定路由，然后以理想路径发送信号。另外，路由器支持Internet控制报文协议（即ICMP）等类似协议，可帮助IP主机、路由器之间传递控制消息，为任意两台主机之间配置理想路由。

路由器之所以在互连网络中处于关键地位，是因为它处于网络层，一方面能够跨越不同的物理网络类型（DDN、FDDI、以太网等等），另一方面在逻辑上将整个互连网络分割成逻辑上独立的网络单位，使网络具有一定的逻辑结构。路由器的主要工作就是为经过路由器的每个数据帧寻找一条最佳传输路径，并将该数据有效地传送到目的站点。 路由器的基本功能是，把数据（IP 报文）传送到正确的网络，细分则包括：

1、IP 数据报的转发，包括数据报的寻径和传送；

2、子网隔离，抑制广播风暴；

3、维护路由表，并与其它路由器交换路由信息，这是 IP 报文转发的基础；

4、IP 数据报的差错处理及简单的拥塞控制；

5、实现对 IP 数据报的过滤和记帐。

路由器构成了 Internet 的骨架。它的处理速度是网络通信的主要瓶颈之一，它的可靠性则直接影响着网络互连的质量。因此Internet 研究领域中，路由器技术始终处于核心地位。

区别

概要

1. 工作层次不同：集线器工作在物理层，交换机工作在数据链路层，路由器工作在网络层。
2. 智能程度不同：集线器没有智能处理能力，交换机有一定的数据处理能力，而路由器具有复杂的处理和决策能力。
3. 应用场景不同：集线器通常用于小规模局域网，交换机适用于中等规模局域网，路由器用于连接不同网络或大规模网络。
4. 性能和价格：集线器通常价格最低，性能最差；路由器价格最高，性能最强；交换机则介于两者之间。

集线器与交换机

不管是集线器还是交换机，都可将信号放大并传输到目的设备上（如计算机），但集线器与交换机之间的最大区别在于传输数据的方法不同。

对于集线器而言，信号将沿其端口进行传输，并广播到其他端口，正因如此容易产生广播风暴，当网络规模较大时其性能会受到影响。而交换机只有发出请求的端口和目的端口之间才会相互响应，并不会影响到其他端口，因此交换机能够在一定程度上有效抑制广播风暴的产生。

此外，集线器的所有端口都是共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口进行数据传输，其他端口都处于等待状态。而交换机的每个端口都有一条独立的带宽，当各个端口进行工作时，每个端口之间互不受影响。而且交换机会保留与之连接的所有设备的MAC地址，可查询到数据转发到了哪个端口上。也就是说交换机确切地知道将数据发送到了哪个端口，能有效节省网络响应时间。但集线器却没法区分将数据转发到了哪个端口。

其实集线器和交换机的区别就相当于是非智能与智能的区别。其中，集线器是一种非智能的网络设备，只能起到信号放大和传输的作用，不能对信号中的碎片进行处理，而交换机是一种智能的网络设备，相当于智能型的集线器，它除了拥有集线器的所有特性以外，还具备自动寻址、交换、处理等功能。

1. 在OSI/RM（OSI参考模型）中的工作层次不同

交换机和集线器在OSI/RM开放体系模型中对应的层次就不一样，集线器是同时工作在第一层（物理层），而交换机至少是工作在第二层（数据链路层），更高级的交换机可以工作在第三层（网络层）和第四层（传输层）。

1. 交换机的数据传输方式不同

集线器的数据传输方式是广播（broadcast）方式，而交换机的数据传输是有目的的，数据只对目的节点发送，只是在自己的MAC地址表中找不到的情况下第一次使用广播方式发送，然后因为交换机具有MAC地址学习功能，第二次以后就不再是广播发送了，又是有目的的发送。这样的好处是数据传输效率提高，不会出现广播风暴，在安全性方面也不会出现其它节点侦听的现象。用集线器组成的网络称为共享式网络，而用交换机组成的网络称为交换式网络。 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，多个用户可能同时“争用”一个信道，而一个信道在某一时刻只允许一个用户占用，所以大量的用户经常处于监测等待状态，致使信号传输时产生抖动、停滞或失真，严重影响了网络的性能。

1. 带宽占用方式不同

在带宽占用方面，集线器所有端口是共享集线器的总带宽，而交换机的每个端口都具有自己的带宽，这样就交换机实际上每个端口的带宽比集线器端口可用带宽要高许多，也就决定了交换机的传输速度比集线器要快许多，也就决定了交换机的传输速度比集线器要快许多。交换机在传输数据时是并行传输，多个端口对之间可以同时传输数据，或者一个端口内的各台计算机之间的交换数据不会影响到另外一个端口内的数据通信。

1. 传输模式不同

集线器只能采用半双工方式进行传输的，因为集线器是共享传输介质的，这样上行通道上集线器一次只能传输一个任务，要么是接收数据，要么是发送数据。交换机可以是半双工操作，也可以是全双工操作。

路由器与交换机

(1) 工作层次不同

最初的的交换机是工作在OSI／RM开放体系结构的数据链路层，也就是第二层，而路由器一开始就设计工作在OSI模型的网络层。由于交换机工作在OSI的第二层（数据链路层），所以它的工作原理比较简单，而路由器工作在OSI的第三层（网络层），可以得到更多的协议信息，路由器可以做出更加智能的转发决策。

(2) 数据转发所依据的对象不同

交换机是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址。而路由器则是利用不同网络的ID号（即IP地址）来确定数据转发的地址。IP地址是在软件中实现的，描述的是设备所在的网络，有时这些第三层的地址也称为协议地址或者网络地址。MAC地址通常是硬件自带的，由网卡生产商来分配的，而且已经固化到了网卡中去，一般来说是不可更改的。而IP地址则通常由网络管理员或系统自动分配。

(3) 传统的交换机只能分割冲突域，不能分割广播域；而路由器可以分割广播域

由交换机连接的网段仍属于同一个广播域，广播数据包会在交换机连接的所有网段上传播，在某些情况下会导致通信拥挤和安全漏洞。连接到路由器上的网段会被分配成不同的广播域，广播数据不会穿过路由器。虽然第三层以上交换机具有VLAN功能，也可以分割广播域，但是各子广播域之间是不能通信交流的，它们之间的交流仍然需要路由器。

(4) 路由器提供了防火墙的服务

路由器仅仅转发特定地址的数据包，不传送不支持路由协议的数据包传送和未知目标网络数据包的传送，从而可以防止广播风暴。交换机一般用于LAN-WAN的连接，交换机归于网桥，是数据链路层的设备，有些交换机也可实现第三层的交换。 路由器用于WAN-WAN之间的连接，可以解决异性网络之间转发分组，作用于网络层。他们只是从一条线路上接受输入分组，然后向另一条线路转发。这两条线路可能分属于不同的网络，并采用不同协议。相比较而言，路由器的功能较交换机要强大，但速度相对也慢，价格昂贵，第三层交换机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，因此得以广泛应用。

二层交换机与第三层交换机以及路由器的区别

第二层交换技术工作于数据链路层。它按所接收到数据包的目的MAC地址在内部地址表中对应端口进行转发，将本数据包MAC地址与对应端口记录在内部地址表中，MAC地址不在表内的就进行广播等待回应。因而二层交换机对MAC地址具有学习功能，对于网络层或高层协议来说是透明的，数据交换靠专用处理数据包转发的ASIC（应用专用集成芯片组）实现速度很快。但它不能处理三层及三层以上的协议，不能处理不同IP子网间的数据交换。

第三层交换工作于OSI七层模型中的第三层，是利用三层协议中的IP包包头信息对后续数据流进行标记，进行帧头重组，将具有同一标记的数据流的报文交换到数据链路层，即提供一条目标地址与源地址之间的一条数据通道。因此，三层交换机不必拆包便可判断路由，从而将数据包直接转发，进行数据交换。从而可以实现不同子网IP包交换。另外三层路由模块不是简单的二层交换机与路由器的简单叠加，它是由三层路由模块叠加二层交换高速背板总线速率可达Gbit/s，其中大部分必需的需路由软件处理的数据转发为三层转发外，其余均为二层高速转发。

路由器工作于OSI第三层网络层，工作模式与二层相似。路由器主要决定最佳路由并转发数据包。路由器内有一个路由表，其中记录各种链路信息，供路由算法计算出到目的地的最佳路由。据此路由器再进行数据转发。如不能知道目的路由，则将包丢弃，并向源地址返回信息。路由器可相互学习路由信息或将自已的链路状态进行广播，使路由信息按一定方式进行更新，从而由算法计算最佳路由。因此路由器路径计算工作量很大。路由器一般端口数量有限，路由转发速度慢。在内网数据流量较大，又要求快速转发响应时，常建议使用三层交换机，而将网间路由工作交由路由器完成。

汇总

参考资料

• https://community.fs.com/cn/article/do-you-know-the-differences-between-hubs-switches-and-routers.html
• https://www.elecfans.com/d/2129924.html
• https://zhuanlan.zhihu.com/p/408653152
• https://blog.csdn.net/qq_31156277/article/details/104125281