在計算機網路領域，瞭解連線裝置的基本硬體對於構建高效可靠的網路至關重要。經常引起混淆的一種裝置就是交換集線器，或者更準確地說，是交換機和集線器之間的區別。雖然這些術語有時可以互換使用，但它們代表具有截然不同功能的不同技術。本文探討什麼是交換集線器、它們的工作原理以及為什麼現代網路很大程度上轉向交換機。
瞭解網路集線器
網路集線器是最簡單的網路裝置之一，用於連線區域網 (LAN) 內的多臺計算機或裝置。將集線器視為具有多個埠的基本中繼器。當集線器在一個埠上接收到資料包時，它會不加區別地將該資料廣播到所有其他埠。這種“廣播”方法意味著連線到集線器的每個裝置都會接收所有資料，無論資料是否適用於該特定裝置。
集線器在 OSI 模型的物理層（第 1 層）執行，這意味著它們純粹使用電訊號工作，而不瞭解資料的內容或目的地。它們只是放大並重新傳輸訊號，以確保訊號到達所有連線的裝置。
傳統樞紐的侷限性
雖然集線器簡單且便宜，但它們也有明顯的缺點。由於所有資料都廣播到每個埠，因此一次只能有一個裝置傳輸。如果兩個裝置嘗試同時傳送資料，則會發生衝突，迫使兩個裝置停止並在隨機延遲後重試傳輸。這會建立一個共享頻寬環境，其中網路效能會隨著新增更多裝置而降低。
此外，集線器會產生不必要的網路流量，因為每個裝置都會接收所有資料包，包括那些不適合它們的資料包。這會降低整體網路效率併產生潛在的安全問題，因為裝置可能會攔截髮往其他機器的流量。
網路交換機的演變
網路交換機代表了網路技術的重大進步。與集線器不同，交換機在 OSI 模型的資料鏈路層（第 2 層）執行，這意味著它們可以讀取和理解資料幀中嵌入的 MAC（媒體訪問控制）地址。這種智慧使交換機能夠就將資料傳送到何處做出明智的決定。
當交換機收到資料包時，它會檢查目標 MAC 地址，並將資料包僅轉發到預期接收者所連線的特定埠。這種有針對性的傳送與集線器的廣播方法根本不同，並且具有許多優點。
交換機如何學習和轉發
當您第一次連線交換機時，它不知道哪些裝置連線到哪些埠。然而，交換機是自學習裝置。當裝置開始通訊時，交換機會檢查傳入幀的源 MAC 地址並建立 MAC 地址表（也稱為 CAM 表 - 內容可定址記憶體）。
例如，當計算機 A 透過埠 1 傳送資料時，交換機會記錄計算機 A 的 MAC 地址與埠 1 關聯。當計算機 B 從埠 3 做出響應時，交換機會獲知計算機 B 在埠 3 上。隨著時間的推移，交換機會構建一個完整的對映，其中顯示哪些裝置連線到哪些埠。
當幀到達交換機時，交換機會根據其表檢查目標 MAC 地址。如果找到該地址，則該幀僅轉發到相應的埠。如果該地址尚未出現在表中，則交換機會暫時充當集線器，並將幀泛洪到除源埠之外的所有埠。當目標裝置響應時，交換機瞭解其位置並更新其表。
衝突域和全雙工通訊
交換機最顯著的優勢之一是每個埠都在自己的衝突域中執行。與所有裝置共享一個衝突域的集線器不同，交換機允許多對裝置之間同時通訊而不會產生干擾。計算機 A 可以向計算機 B 傳送資料，而計算機 C 可以同時向計算機 D 傳送資料，不會發生衝突。
現代交換機還支援全雙工通訊，這意味著裝置可以在同一連線上同時傳送和接收資料。與基於集線器的網路典型的半雙工操作相比，這有效地使可用頻寬增加了一倍。在全雙工模式下以 100 Mbps 連線到交換機的裝置具有 100 Mbps 的傳送速度和 100 Mbps 的接收速度，即 200 Mbps 的總吞吐量。
開關型別
網路交換機有多種型別，專為不同的用例和網路規模而設計。
非管理型交換機
非託管交換機是即插即用裝置，沒有配置選項。它們自動處理所有交換功能，非常適合小型網路或家庭使用，因為在這些場合，簡單性比高階功能更重要。這些交換機具有成本效益，並且不需要專業技術即可部署。
管理型交換機
網管交換機提供廣泛的配置功能，允許網路管理員控制流量、建立 VLAN（虛擬區域網）、實施服務質量 (QoS) 策略、監控網路效能以及配置安全功能。這些交換機對於控制、安全和最佳化是優先考慮的企業網路至關重要。
智慧或網路管理交換機
智慧交換機位於非託管交換機和完全託管交換機之間，透過簡化的 Web 介面提供管理功能子集。它們以比完全託管交換機更低的成本提供基本的 VLAN 支援、埠映象和 QoS，因此適合中小型企業。
三層交換機
標準交換機在第 2 層執行，而第 3 層交換機則結合了交換和路由功能。除了 MAC 地址之外，它們還可以根據 IP 地址做出轉發決策，從而允許它們在不同 VLAN 或子網之間路由流量，而無需單獨的路由器。這使得第 3 層交換機成為構建可擴充套件、分段網路的強大工具。
使用交換機的主要好處
交換機相對於集線器的優勢使其成為現代網路的標準：
效能提升：透過僅將資料轉發給預期接收者，交換機可顯著減少不必要的流量並消除大多數衝突，從而形成更快、更高效的網路。
更好的頻寬利用率：每個裝置都獲得交換機的專用頻寬，並且可以同時進行多個會話而不會產生干擾。
增強安全性：由於資料不會廣播到所有埠，因此未經授權的裝置更難攔截髮往其他埠的流量。
可擴充套件性：可以輕鬆新增交換機來擴充套件網路，許多型號支援鏈路聚合和生成樹協議等功能，以建立冗餘、高容量的網路路徑。
高階功能：託管交換機提供透過 VLAN 進行網路分段、流量優先順序和全面監控工具等功能。
現代環境中的交換集線器
The term "switch hub" itself is somewhat of a misnomer. In technical parlance, switches and hubs are distinct devices.然而，在隨意交談中，人們有時使用“交換集線器”來指代交換機，特別是在討論網路中的中央連線點時。
值得注意的是，集線器在現代網路中已經基本過時。集線器和基本交換機之間的成本差異已經縮小到沒有理由選擇集線器的程度。即使是最基本的現代交換機，其效能也遠遠優於同等價位的任何集線器。
結論
瞭解集線器和交換機之間的區別是網路知識的基礎。集線器不加區別地向所有連線的裝置廣播資料，而交換機則使用 MAC 地址表智慧地將資料僅轉發給預期的接收者。這種智慧交換功能可提供卓越的效能、更好的安全性和更高效的頻寬利用。
對於當今構建或維護網路的任何人來說，交換機是明智的選擇。無論您需要用於家庭辦公室的簡單非託管交換機還是用於企業部署的複雜託管交換機，現代交換技術都可以為可靠的高效能網路奠定基礎。隨著雲端計算、影片流和物聯網裝置的網路需求不斷增長，交換機提供的智慧流量管理變得越來越重要。
透過根據您的特定需求選擇合適的交換機並瞭解這些裝置的執行方式，您可以構建快速、安全且能夠支援當前需求和未來增長的網路。