浅析集线器_交换机和路由器

Information Technology 信息科技 浅析集线器、交换机和路由器史晓丹哈尔滨铁道职业技术学院，黑龙江哈尔滨 150081摘要 本文简单介绍了集线器、交换机和路由器的工作原理，以及优缺点，并对他们在实际工作中的作用进行了比较。关键词 集线器；交换机；路由器中图分类号TP393 文献标识码A 本文所介绍的集线器、交换机和路由器都是网络上的3种连接设备。集线器是这3种设备中最便宜的，并且也是功能最弱的一个。路由器有多种控制方式，但却难配置，并且价格有些昂贵。本文分别对集线器、交换机和路由器这3种设备进行介绍和比较。1 集线器的原理笔者在实际工作中了解到每一个站是用自己的传输介质和集线器连接的，各个终端之间不只有一个传输的通道，发回的信号通过集线器把信号整形并且放大后传输到所有终端上，这样传输的上行通道上不再出现阻塞。一个共享介质的局域网是集线器所形成的网络，所以当上下一同传输数据时信号容易出现碰撞现象，形成网络阻塞。所以它不具备单独应用于大型网络中的能力，并且传输效率相对较低，因为它是单工方式。因此我建议如果要选用集线器作为连接设备，网络的规模应在10台以内，集线器带宽需在10/100Mbps以上。由于集线器不具有记忆和学习的能力，所以传输数据是不具有针对性的，只能采用广播方式传输。采用广播方式有两方面不足：1）向所有终端发送数据时数据通道不安全，数据容易被截获；2）向所有终端同时发送数据时，容易造成网络阻塞，降低效率。2 交换机的原理交换机这个连接设备是我们在工作中用的最多的。简单的说交换机是完成信号由设备人口到出口的转发。交换机内部有一个交换矩阵，它让任意两个端口之间能安全的传输并提供专用通道，以便任意端口接收的数据帧能从其它端口顺利的送出。交换机属于网络中的第二层数据链路层设备。它是根据MAC地址寻址，通过站表中的地址选择路由，交换自动进行站表的维护和建立。工作中发现交换机的传输速度快，传输数据时不会产生阻塞，并发现交换机只能识别帧中的MAC地址，并且根据MAC地址快速选择转发端口。交换机可以支持多种方式转发：1）存储转发：交换机先把整个帧全部读入到内部缓冲区中，并对帧进行错误检验，无错后才进行转发，因此出错的帧被丢弃；2）直通方式转发：直通方式转发信息时，只需接收一个帧最前面的目的地址便可执行转发操作；3）无碎片直通方式转发：正常的帧的长度应该至少是B，小于B的帧被称为碎片，也叫错误的帧。交换机需要在转发数据之前，不仅要接收目的端的MAC地址，还要求收到必须大于B的帧，这种转发被称为无碎片直通方式。3 路由器的原理在日常工作中人们对路由器了解的相对较少。用于连接多个逻辑上分开的网络叫做路由器。一个单独的网络或一个子网被称为逻辑网络。路由器是用来完成数据从一个子网传输到另一个子网的设备，并且路由器具有选择路径和判断地址的功能，它能建立灵活的连接。路由器是网络应用层的一个连接设备，接收其他文章编号 1674-6708（2011）38-0213-02路由器和源站的信息，它不在意各子网用的硬件设施，但对网络层协议相一致的软件设备要求比较严格。路由器又分为两种，分别是本地路由器和远程路由器，用来连接网络传输介质的称为本地路由器是，如双绞线、光纤、同轴电缆; 用来与远程传输介质连接并要求相应设备的被称为远程路由器。路由动作包括两项基本内容：1）寻径是由路由的选择算法来判断到达目的地的最佳路径。将路由选择算法收集到的信息填加到路由表中，根据路由表中的信息可将目的网络与下一站的关系告诉路由器，并将互通的信息告诉路由器进行路由更新，使之正确的反映网络中的变化，最佳路径由路由器的工作量来决定；2）转发是沿最佳路径来传送信息并进行分组的。路由器先在路由表中进行查询，判明到达下一站的信息该如何到达并如何将其分组发送，如果目的网络直接与路由器相连，就由路由器把分组直接送到相应的端口上。4 集线器、交换机和路由器之间的区别4.1 作用不同HUB（集线器）的作用是将一些机器连接起来形成一个局域网，交换机作用与集线器基本相同。但是两者有一些明显的区别：集线器采用的工作方式是共享带宽，而交换机采用的工作方式是独享带宽。只有机器很多或数据量很大时候，两者才有比较明显的区别。4.2 工作层次不同交换机是工作在网络中的数据链路层上，具有比较简单的工作原理，而路由器是工作在网络中的网络层上，具有很多协议信息，路由器具有智能的转发策略。4.3 数据转发的对象不同交换机转发数据的目的地址是利用MAC地址或者是物理地址来确定。而路由器中数据转发的地址是用不同网络的IP地址来确定的。IP地址是通常由系统自动分配或网络管理员分配的。MAC地址是硬件自带的，一个网卡只有一个MAC地址，是由网卡生产商来分配的，固化在网卡中不可更改，解决了网络冲突。路由器可以分割广播域，交换机只能分割冲突域，不能分割广播域由交换机连接的网段属于同一个广播域，交换机连接的所有网段上传播广播的数据包，这样会导致通信阻塞并具有安全隐患。路由器上的网段会分配成不同的广播域，广播数据时不会穿过路由器。在局域网中三层以上交换机具有VLAN功能，可以分割广播域，但它们的广播域之间是不能交流的，它们之间的交流需要路由器来完成，并且路由器还提供了防火墙服务保证了信息安全。5 结论在实际生活中由于网络技术水平的不断更新和提高，集线器的需求量越来越少，目前主要使用的设备是以交换机、路由器的组合为主，具体的组合方式应根据网络的需求来决定。（下转第218页）2132011•3（上）《科技传播》信息科技Information Technology 过程不会因为预译码集的消失而使译码被终止。最初，理想孤波分布被认为是理论上最适合的度分布函数:理想孤波分布函数定义：ρ(1)=1/k,ρ（d）=1/d（d-1）, d=2,…，k在理想的情况下，LT码的编码分组在每一步中解码的概率是1/k，每一个释放的原始分组就会增加到预处理集中，经过k步解码，k组原始数据就会恢复。但是这个过程是在均值分析的基础上进行的，在实际应用中，上述过程经常会出现波动，在将k组原始数据都被恢复出来之前，预处理集可能已经为空。因此，由于理想孤波分布的输入波纹期望值为1，一些小的变化也会导致译码的完全失败。Luby在此基础上使用了鲁棒孤波分布：鲁棒孤波分布如下式： s/kd d=1,2,…，（k/s-1）再加入一个对于所有码位进行奇偶校验的码位，因此扩展汉明码码位满足以下方程：C0′= Cn-1+Cn-2+…+C1+C0这样（Cn-1，Cn-2，……，C1，C0，C0′）共同组成一个完整的码字。扩展汉明码有效信息位为k位，校验位为m+1位，码长为n+1，符合（2 m ,2 m -m-1）的形式。在进行解码的过程中经常由于停止集过小而引起解码失败，扩展汉明码的最小汉明距离为4，在这种情况下停止集的大小一般为2或者3，因此LDPC码具有较高的解码概率。由于Raptor码的编码过程包括预编码过程和LT编码过程，使得即使编码后的数据包仅有一部分可恢复，也可以利用这部分被恢复的编码包来恢复原来的所有数据包。这样将一个经过预编的码与一个适当选取的LT码级联即得一个具有线性时间译码复杂度的Raptor码。{τ(d)= s/k(lg(s/)δ) d=k/s 0 d>k/s其中s=cln（k/δ） k1/2 [7]，c 取一适当的常数c>0。δ是接收到K 个确认的数据包后无法解码的概率的极限， 其中K=k+O（k1/2 ln2（k/δ））。将理想孤波分布ρ（d）加上τ（d）就生成了鲁棒孤波分布μ（d）。μ（d）=（ρ（d）+τ（d））/β d=1，2，…，k kβ=Σd=1ρ（d）+τ（d）在使用鲁棒孤波分布的情况下，能够使用接近最小的包来恢复所有的原始数据，LT 码译码成功率至少为1-δ。但是效果也并非十分理想，为了将LT码的译码复杂度降低为线性时间复杂度，可以对其增加预编码，这种码就叫做Raptor码[8]。1.2 Raptor码的编译码原理Raptor码是由Shokrollahi提出的迄今为止最有效的一类数字喷泉码[9]，如图2，Raptor码采用多层预编码，首先对原始数据进行预编码，最后使用LT码进行编码。中间两层节点为中间编码校验单元，输入单元到第一层中间编码校验单元的映射采用扩展汉明码，第一层到第二层中间编码校验单元的映射采用的是是Gallager在1963年提出的[10]LDPC码。{2 结论LT Code有着较小编译码复杂度，Raptor Code由于采用了预编码技术对LT Code进行了扩展，因此具有更高的解码效率。目前，喷泉码仍在不断发展，应用领域不断扩大，具有光明的发展前景。尝试其它编码技术（如RS码和交织码）与Raptor Code相结合将是今后进一步的研究方向。参考文献[1]C.E.SHANNON.A Mathematical Theory of Communication,Bell Syst.the.J，1948：27. 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