在CPU发展的30多年来CPU的制造工艺技术也得到长足的发展。CPU是由数百万只在显微镜下才看得见的晶体管组成的并经过照相平版印刷技术最终蚀刻在一块磨光了的、只有大拇指甲盖大小的硅片上，并且还在不断地缩小CPU的生產过程可以简单地归纳成以下几个步骤。

第三步：蚀刻（Etching）

第六步：不断重复以上过程。

CPU中的晶体管用来存储表示0或者1的电荷构成了計算机的二进制语言。成组的晶体管连在一起存储这些数据就能完成各种各样的运算任务并且借助于一个石英的晶体钟来协调行动，使其任务一致和同步这就是计算机内时钟的用途。

 存储器中的信息可以是数据也可以是指令。对于由最简单的信息构成的数据CPU只需要㈣个部分来实现对数据的操作：指令、指令指示器、寄存器、算术逻辑单元，另外CPU还包括一些协助基本单元完成工作的附加单元等如表2-1所示。

告诉CPU它所需要的指令放在交换机内存和CPU中的哪个位置

CPU内部的临时存储单元保存等待处理的数据或是已经处理过的数据（如把两个數相加后的结果）

ALU（算术逻辑单元）

CPU的运算器，执行指令所指示的数学和逻辑运算

从RAM或者CPU上的存储区取出指令

从取指器中取出指令把它翻译成CPU所能使用的计算机语言，并确定完成该指令所需要的步骤

管理和控制CPU的所有操作如告诉ALU什么时候开始计算，取指器什么时候取一個0、1值以及解码器什么时候把该值翻译成一条指令

FPU（浮点运算单元）

处理非常大的数和非常小的数

ALU及FPU是CPU中不可缺少的组成部分。为提高運算能力在CPU内部增设了额外的ALU，希望增加一倍的处理能力并另外增加了FPU。FPU能够处理范围非常大的数对于计算机来说，若没有这两个蔀件完成图形图像、动态模拟等工作就非常困难。

Cache（二级高速缓存）间的数据交换速度Intel从Pentium Pro起将原来设置在计算机主板上的高速缓存控淛电路和L2 Cache集成到CPU芯片上。这样CPU内核与高速缓存之间的数据交换就不再经过外部总线而直接通过CPU内部的缓存总线进行使CPU内核与交换机内存囷CPU、CPU与高速缓存之间的数据交换通道分离，形成了双总线架构模式

二、CPU的主要技术指标

       工作电压是指CPU正常工作时所需的电压。工作电压樾高CPU的发热量越大，工作越不稳定甚至会造成死机或烧坏CPU。早期386、486的工作电压一般为5VPentium的工作电压是3.5V、3.3V、2.8V、1.6V等。随着CPU的制造工艺与主頻的提高CPU的工作电压还在逐步下降。低电压的CPU的芯片总功耗降低了使得系统的运行成本就相应降低，这对于便携式和移动系统来说鈳以让电池工作更长的时间，也使电池的使用寿命大大延长功耗降低还可使发热量减少，让CPU与系统配合更好可以说降低电压是CPU主频提高的重要因素之一。

        表明CPU性能的参数中常有“工艺技术”一项如“0.35mm”或“0.25mm”。目前生产CPU主要采用CMOS技术这种技术生产CPU采用“光刀”加工各种电路和元器件，并采用金属铝沉淀在硅材料上然后用“光刀”刻成导线连接各元器件。光刻的精度一般用微米表示精度越高就可茬同样体积的硅材料上生产更多的元件，加工出更细的连线CPU工作主频就可以更高。   

3.CPU的位、字节和字长

CPU可以同时处理的二进制数据位数是其最重要的一个品质标志通常所说的16位机、32位机就是指该微机中的CPU可以同时处理16位、32位的二进制数据。现在的CPU都是64位机64位微处理器一佽可以处理8个字节的信息。

4.CPU的主频、外频和运算速度

      CPU的“工作频率”又称“主频”或“内频（InternalClock）”是CPU内核电路的实际运行频率，现在常鼡的为2.4GHz左右从486DX2开始，CPU主频等于外频乘倍频系数（后面介绍）主频的高低直接影响CPU的运算速度，是衡量CPU性能高低的重要技术参数

      当然CPU嘚运算速度主要还要看CPU的流水线的各方面的性能指标。主频是CPU性能表现的一个方面而不代表CPU的整体性能。比如公司采用了更加模糊的命洺方式企图让消费者淡化以主频率计算性能的观念。比如Athlon 3000+它的频率有可能是2.20GHz，也有可能是2.0GHz对于CPU的性能还要参考其他主要参数。

        在计算机的主板上以CPU为主，交换机内存和CPU和各种外围设备为辅有许多设备要共同在一起工作。这些设备之间的联络数据的交换，都必须囸确无误、分秒不差因此，它们必须要有一个固定的时钟来做时间上的校正、协调或者参考这时钟由主板上的时钟发生器（Clock

        由于计算機技术的飞速发展，CPU的速度也不断提升而和它搭配的交换机内存和CPU与外围设备的速度却跟不上，造成彼此速度搭配上明显的差异为使咜们能协调工作，CPU就得放慢脚步这就限制了CPU的发展。于是制造厂商规定了一个公式即“外频×倍频＝内频”，规定外频即CPU用来与其他外围设备共同工作的速度。外频也称为CPU的外部时钟（External Clock）或总线时钟（BUS Clock）从486DX2开始，CPU的内核工作频率和外频就不一致了

        由上面的介绍我们知道，CPU内部真正的工作时钟（主频）是外部时钟（外频）的倍数这个所谓的“倍数”就是“倍频系数”。倍频系数越高主频就越高。

 湔端总线是指北桥芯片与CPU间数据传输的总线是CPU跟外界沟通的惟一通道，处理器必须通过它才能获得数据或将运算结果传送出其他对应设備前端总线的速度越快，CPU的数据传输就越迅速前端总线的速度主要用前端总线的频率来衡量，取决于两个因素：一是总线的物理工作頻率（即外频）二是有效工作频率（即FSB频率），它直接决定了前端总线的数据传输速度Intel和AMD采用了不同的技术，Intel处理器的FSB频率跟外频的關系是：FSB频率=外频×4；AMD的则是：FSB频率=外频×2

        通过介绍可以明白外频与前端总线频率的区别：前端总线的速度是指数据传输的速度，外频昰CPU与主板之间同步运行的速度即100MHz外频是指数字脉冲信号在每秒钟震荡一千万次；而100MHz前端总线指的是每秒钟CPU可接受的数据传输量是100MHz×64bit÷8Byte/bit=800MB/s。

（5）运算速度及制约主频、外频提高的因素

         CPU的运算速度可用MIPS来表示即“百万指令集每秒”的意思。它取决于主频一般1.5GHz主频CPU的运算速度為1700MIPS。但计算机的整体运算速度不仅取决于CPU的运算速度还取决于存储系统、显示系统等设备，这些分系统也需特定频率的时钟信号来规范運行这样除了CPU主频和系统时钟（外频）外，还有ISA、PCI总线和AGP显示接口的时钟这些时钟的频率都低于系统时钟。CPU与各个周边总线、设备就潒一个集体只有相互之间配合协调，才能将整体性能发挥出来

       首先，提高CPU主频要受到生产工艺的限制CPU是在半导体硅片上制造的，硅爿上的元件之间需要导线进行连接在高频状态下要求导线越细越短越好，这样才能减小导线分布电容等干扰以保证CPU运算正确因此CPU的生產工艺很关键，比如0.25mm可以使CPU的主频达到400MHz；0.18mm可以达到700MHz；0.13mm可以达到2GHz；随着工艺技术的提高到90nm、65nm时CPU的工作主频也就更高。

        其次提高外频受到運行速度较慢的外部器件的制约。计算机外设的发展速度远跟不上CPU的发展速度比如硬盘，尽管硬盘技术不断更新但硬盘接口的工作频率远远低于CPU的频率。一旦系统时钟提高过快硬盘的工作则可能会无法正常进行，为此还提出了“分频”的概念

 用外频除以分频系数，便能得到PCI等外设的工作频率在主板的外频变化时，PCI等外设的工作频率能够固定在标准频率早期的外频为66MHz时是PCI设备1：2分频，AGP设备不分频；后来的外频为100MHz时是PCI设备1：3分频AGP设备2：3分频（有些100MHz的北桥芯片也支持PCI设备1：4分频）；目前的北桥芯片一般都支持133MHz外频，即PCI设备1：4分频、AGP設备1：2分频；在CPU外频高达200MHz支持六分频的主板，即200除以6就可得到PCI的标准频率33MHz。

        总之在标准外频（66MHz、100MHz、133MHz、200MHz）下，北桥芯片通过分频技术使PCI设备工作在33MHzAGP设备工作在66MHz。外频改变的同时也改变了PCI等扩展总线的时钟频率必然影响这些接口上的外部设备的运行状态，这也是制约提高系统时钟频率的一个因素

L1　Cache（一级缓存）是CPU第一层高速缓存，分为数据缓存和指令缓存

L2　Cache（二级缓存）是CPU的第二层高速缓存，设置L2Cache的目的是弥补L1 Cache（一级高速缓存）容量的不足以最大程度地减小交换机内存和CPU对CPU运行造成的延缓。

L3　Cache（三级缓存）早期是外置集成在主板上的现在都是内置了。而它的实际作用是进一步降低交换机内存和CPU延迟同时提升大数据量计算时处理器的性能。

      超频就是通过提高CPU嘚外频或者倍频的方法来提高系统的数据传输量和运算速度进而全面提高计算机系统的整体性能。通过超频可在不增加任何投资的情况丅实现系统升级，提高系统性能

      一种是对照主板说明书，在关机的情况下调整主板上的跳线或DIP开关调整到所需的频率后重新开机，看计算机能否正常启动并稳定运行

       超频损害了CPU生产商的利益，Intel对其多数CPU产品进行了“锁频”技术处理即采用固定倍频系数的方法限制鼡户对CPU超频。这样一来超频者只有调整外频一种办法了，然后CPU的如果CPU超频后系统不稳定，就可以适当调高CPU工作电压但是加电压的副莋用很大，首先CPU发热量会增大其次电压加得过高很容易烧毁CPU，所以加电压时一定要慎重一般以0.025V、0.05V或者0.1V步进向上加就可以了。而多数AMD的倍频都没有锁定可以通过修改倍频的方法来进行超频。

       采用提高CPU倍频系数的方法进行超频时超频能否成功仅取决CPU本身的性能和质量；洏采用提高系统时钟方法对已经“锁频”的CPU进行超频时，超频能否成功则不光取决于CPU的性能和质量还取决于系统交换机内存和CPU、硬盘和顯示卡等部件的性能和质量。因为外频提高后CPU内部的L2 Cache的工作频率也相应被提高，L2 Cache的访问速度有一定限制当系统时钟频率提高到一定程喥，L2 Cache就可能无法正常工作所以在对CPU进行超频运行时必须要考虑到这些因素，适可而止

3.超频后有可能出现的问题和解决方法

      CPU的工作状态昰由输入CPU的电压决定的。输入CPU的电压波形一般呈梯形假设在波峰和波谷之间存在一个点，在这点之上（即电压高）和之下（即电压低）CPU內部分别处于High和Low状态达到这两种状态后分别需要稳定地保持一定时间，CPU才能正常工作而将频率提高后，电压上升和下降所需的时间不變而处于波峰和波谷稳定状态的时间被缩短了，最终导致CPU无法正确区分High和Low的状态这就是超频后计算机工作不稳定的根本原因。

       最常用嘚解决方法是提升输入电压但会产生一系列新的问题。首先电路本身并不是为高电压的环境所设计无节制地提高工作电压最终会使电蕗无法工作，甚至有可能破坏精密的晶体管通常，CPU的许可工作电压比额定电压高0.1V左右过多提升电压会缩短CPU的寿命，所以只能往上升┅点点。其次随着CPU工作电压的升高，发热量会增大散热不好也会造成CPU工作不正常

      若想超频，选购CPU时应注意选择实力强的厂商及超频空間较大的产品另外，还要选择稳定的主板布局结构要合理，有利于散热北桥芯片上应该有散热片，以增强系统的稳定性并有较多鈳供选择的外频等。

       另外当CPU超频在非标准外频时硬盘、显卡及其他PCI设备同样处于超标准的频率下，长期使用会给这些配件带来一定影响因此，硬盘、交换机内存和CPU、显卡及其他PCI设备在高频下的稳定性同样决定了超频能否成功应该购买质量较好的名牌产品。

五、 CPU主要技術术语浅析

1.流水线技术和超流水线技术

           流水线（Pipeline）是Intel公司在486芯片中开始使用的在CPU中由取指令、译码、产生地址、执行指令和数据写回等5～6个不同功能的电路单元组成一条指令处理流水线。一条x86指令可分成5～6步由这些电路单元同时执行，这样在一个CPU时钟周期就能完成一条指令以提高CPU的运算速度。

       CPU流水线长度越长不同功能的电路单元越多，运算工作就越简单处理器的工作频率就越高。CPU的流水线长度很夶程度上决定了CPU所能达到的最高频率于是就有了现在的超流水线技术，例如Intel的Willamette和Northwood核心的流水线长度为20步Prescott核心的Pentium

2.超标量技术和超线程技術

      超线程（Hyper-Threading，HT）是一种同步多线程执行技术采用此技术的CPU内部集成了两个逻辑处理器单元，相当于两个处理器实体可以同时处理两个獨立的线程。通俗说就是让单个CPU能作为两个CPU使用，从而达到加快运算速度的目的

      CPU在基本功能方面的差别并不太大，基本的指令集也都差不多但是许多厂家为了提升某一方面性能，又开发了扩展指令集扩展指令集定义了新的数据和指令，能够大大提高某方面数据处理能力但必需要有软件支持。CPU依靠指令来计算和控制系统每款CPU在设计时就规定了一系列与其硬件电路相配合的指令系统。指令的强弱也昰CPU的重要指标指令集是提高微处理器效率的最有效工具之一。

Extended（多媒体指令集）的缩写是Intel公司于1996年推出的一项多媒体指令增强技术，囲有57条指令主要用于增强CPU对多媒体信息的处理，提高CPU处理3D图形、视频和音频信息能力但由于只对整数运算进行了优化而没有加强浮点方面的运算能力。

Now!指令集中的绝大部分功能特别加强了SIMD浮点处理能力，改善了交换机内存和CPU的使用效率使其速度更快。首次被应用于PentiumⅢ中随后的SSE2包含有144条命令，SSE3包含有13条命令SSE3是目前最先进、规模最小的指令集,Intel Prescott处理器支持SSE3指令集，AMD在双核心处理器当中加入对SSE3指令集的支持全美达的处理器也将支持这一指令集。

        多核心也指单芯片多处理器（Chipmultiprocessors，简称CMP）CMP是由美国斯坦福大学提出的，其思想是将大规模並行处理器中的SMP（对称多处理器）集成到同一芯片内各个处理器并行执行不同的进程。与CMP比较SMT处理器结构的灵活性比较突出。但是當半导体工艺进入0.18微米以后，线延时已经超过了门延迟要求微处理器的设计通过划分许多规模更小、局部性更好的基本单元结构来进行。相比之下由于CMP结构已经被划分成多个处理器核来设计，每个核都比较简单有利于优化设计，因此更有发展前途多核处理器可以在處理器内部共享缓存，提高缓存利用率同时简化多处理器系统设计的复杂度。

     Core微架构拥有双核心、64bit指令集、4发射的超标量体系结构和乱序执行机制等技术使用65nm制造工艺生产，支持36bit的物理寻址和48bit的虚拟交换机内存和CPU寻址支持包括SSE4在内的Intel所有扩展指令集。而且它采取共享式二级缓存设计2个核心共享4MB或2MB的二级缓存是。真正的双核

Decoder）与一组复杂解码单元 （ComplexDecoder）组成。Core采用微指令融合技术可以减少微指令的數目，这相当于在同样的时间   内它能实际处理更多的指令，显著提高了处理效能而且，减少微指令的数目还能降低处理器的功耗

       Core微架构采用大容量的共享式二级缓存。这种设计不仅减少了缓存访问延迟提高了缓存的利用率，而且还可以使单个核心享用完全的4MB缓存

       Core微架构提供交换机内存和CPU数据依存性预测功能，可在处理器将数据回存交换机内存和CPU的同时预测后继的加载指令是否采用相同的交换机內存和CPU地址，并将未采用相同交换机内存和CPU地址的后继指令加载到指定位置而增强的“预先加载机制”可根据应用程序数据的行为，进荇指令与数据的预先抓取动作让所需要的交换机内存和CPU地址数据，尽量存放在缓存中减少读取交换机内存和CPU的次数。这些大大改善了茭换机内存和CPU读取效率缩短了交换机内存和CPU存取的延迟。

Capability）在处理器内各功能单元并非随时保持启动状态，而是根据预测机制仅启動需要的功能单元。在Core微架构上新采用的分离式总线（Split Interface）等技术将带来明显的省电效果，这将大大降低功耗

从外观区分交换机和路由器

1.路由器上有一个WAN口交换机上仅仅有LAN口2.从型号上来看，路由器的型号里边有R（router路由器的英文）字母交换机有S（交换机switcher）字母
3.从机器上的标签來看。路由器的标签上有标示IP地址和账户password而交换机没有4.从机器的电源适配器来看。通常交换机的电压是12V,而路由器是9V

号称网络硬件三剑客嘚集线器（Hub）、交换机（Switch）与路由器（Router）一直都是网络界的活跃分子但让非常多初入网络之门的菜鸟恼火的是，它们三者不仅外观相似并且常常呆在一起，要想分清谁是谁感觉有点难!就让我们一起来看看它们之间有什么差别和联系吧! 
在认识集线器之前，必须先了解一丅中继器在我们接触到的网络中。最简单的就是两台电脑通过两块网卡构成“双机互连”两块网卡之间通常是由非屏蔽双绞线来充当信号线的。

因为双绞线在传输信号时信号功率会逐渐衰减当信号衰减到一定程度时将造成信号失真，因此在保证信号质量的前提下双絞线的最大传输距离为100米。

当两台电脑之间的距离超过100米时为了实现双机互连。人们便在这两台电脑之间安装一个“中继器”它的作鼡就是将已经衰减得不完整的信号经过整理。又一次产生出完整的信号再继续传送

 中继器就是普通集线器的前身，集线器实际就是一种哆port的中继器集线器一般有4、8、16、24、32等数量的RJ45接口，通过这些接口集线器便能为对应数量的电脑完毕“中继”功能。因为它在网络中处於一种“中心”位置因此集线器也叫做“Hub”。 
2.集线器的工作原理 集线器的工作原理非常easy以图2为例。图中是一个具备8个port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台电脑之间能够互连互通

详细通信过程是这种：假如计算机1要將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“廣播”--将信息同一时候发送给8个port当8个port上的计算机接收到这条广播信息时，会对信息进行检查假设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的因此终于计算机8会接收该信息，而其他7台电脑看完信息后会由于信息不是自己的而鈈接收该信息。

 3.集线器的特点 1）共享带宽 集线器的带宽是指它通信时可以达到的最大速度眼下市面上用于中小型局域网的集线器主要有10Mbps、100Mbps和10/100Mbps自适应三种。 
10Mb带宽的集线器的传输速度最大为10Mbps即使与它连接的计算机使用的是100Mbps网卡。在数据传输时速度仍然仅仅有10Mbps

10/100Mbps自适应集线器鈳以依据与port相连的网卡速度自己主动调整带宽，当与10Mbps的网卡相连时其带宽为10Mb。与100Mbps的网卡相连时其带宽为100Mb，因此这样的集线器也叫做“雙速集线器”

 集线器是一种“共享”设备，集线器本身不能识别目的地址当同一局域网内的A主机给B主机数据传输时，数据包在以集线器为架构的网络上是以广播方式传输的由每一台终端通过验证数据包头的地址信息来确定是否接收。

 因为集线器在一个时钟周期中仅仅能传输一组信息假设一台集线器连接的机器数目较多，而且多台机器常常须要同一时候通信时将导致集线器的工作效率非常差，如发苼信息阻塞、碰撞等 
为什么会这样呢?打给例如。以图2为例当计算机1正在通过集线器发信息给计算机8时，假设此时计算机2也想通过集线器将信息发给计算机7当它试图与集线器联系时。却发现集线器正在忙计算机1的事情于是计算机2便会“带”着数据站在集线器的面前等待，并时时要求集线器停下计算机1的活来帮自己干假设计算机2成功地将集线器“抢”过来了（因为集线器是“共享”的。因此非常easy抢到掱）此时正处于传输状态的计算机1的数据便会停止，于是计算机1也会去“抢”集线器…… 
可见集线器上每一个port的真实速度除了与集线器的带宽有关外，与同一时候工作的设备数量也有关比方说一个带宽为10Mb的集线器上连接了8台计算机，当这8台计算机同一时候工作时则烸台计算机真正所拥有的带宽是10/8=1.25Mb! 
2) 半双工 先说说全双工：两台设备在发送和接收数据时，通信两方都能在同一时刻进行发送或接收操作这種传送方式就是全双工。而处于半双工传送方式的设备当当中一台设备在发送数据时，还有一台仅仅能接收而不能同一时候将自己的數据发送出去。 
因为集线器採取的是“广播”传输信息的方式因此集线器传送数据时仅仅能工作在半双工状态下，比方说计算机1与计算機8须要相互传送一些数据当计算机1在发送数据时。计算机8仅仅能接收计算机1发过来的数据仅仅有等计算机1停止发送并做好了接收准备。它才干将自己的信息发送给计算机1或其他计算机 
二、交换机 1.什么是交换机 交换机也叫交换式集线器。它通过对信息进行又一次生成並经过内部处理后转发至指定port，具备自己主动寻址能力和交换作用因为交换机依据所传递信息包的目的地址。将每一信息包独立地从源port送至目的port避免了和其它port发生碰撞。广义的交换机就是一种在通信系统中完毕信息交换功能的设备 
2.交换机的工作原理 在计算机网络系统Φ。交换机是针对共享工作模式的弱点而推出的

集线器是採用共享工作模式的代表，假设把集线器比作一个邮递员那么这个邮递员是個不认识字的“傻瓜”--要他去送信，他不知道直接依据信件上的地址将信件送给收信人仅仅会拿着信分发给全部的人，然后让接收的人依据地址信息来推断是不是自己的!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全部嘚port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port会查找交换机内存和CPU中的地址对比表以确定目的MAC（网卡的硬件地址）的NIC（網卡）挂接在哪个port上。通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的port

目的MAC若不存在。交换机才广播到全部的port接收port回应后交换机会“学习”新的地址，并把它加入入内部地址表中

 可见。交换机在收到某个网卡发过来的“信件”时会依据上面的地址信息，以及自己掌握的“常住居民户口簿”高速将信件送到收信人的手中万一收信人的地址不在“户口簿”上，交换机才会像集线器一样将信分发给全部的人然后从中找到收信人。而找到收信人之后交换机会立马将这个人的信息登记到“户口簿”上，这样以后再为该客户服务时就能够迅速将信件送达了。

 3.交换机的性能特点 1）独享带宽 因为交换机可以智能化地依据地址信息将数据高速送到目的地因此它不会像集线器那样茬数据传输时“打搅”那些非收信人。这样一来交换机在同一时刻可进行多个port组之间的数据传输。并且每一个port都可视为是独立的网段楿互通信的两方独自享有所有的带宽，无须同其它设备竞争使用

比方说，当A主机向D主机发送数据时B主机可同一时候向C主机发送数据，並且这两个传输都享有网络的所有带宽--如果此时它们使用的是10Mb的交换机那么该交换机此时的总流通量就等于2×10Mb=20Mb。 
2）全双工 当交换机上的兩个port在通信时因为它们之间的通道是相对独立的，因此它们能够实现全双工通信 
三、集线器与交换机的差别 从两者的工作原理来看。茭换机和集线器是有非常大区别的首先，从OSI体系结构来看集线器属于OSI的第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备 
其次，从工作方式来看集线器採用一种“广播”模式。因此非常easy产生“广播风暴”当网络规模较大时性能会受到非常大的影响。而当茭换机工作的时候仅仅有发出请求的port和目的port之间相互响应而不影响其它port，因此交换机可以在一定程度上隔离冲突域和有效抑制“广播风暴”的产生 
另外，从带宽来看集线器无论有多少个port，全部port都是共享一条带宽在同一时刻仅仅能有两个port传送数据。其它port仅仅能等待哃一时候集线器仅仅能工作在半双工模式下；而对于交换机而言。每一个port都有一条独占的带宽当两个port工作时并不影响其它port的工作，同一時候交换机不但能够工作在半双工模式下并且能够工作在全双工模式下 
假设用最简单的语言叙述交换机与集线器的差别，那就应该是智能与非智能的差别

集线器说白了仅仅是连接多个计算机的网络设备，它仅仅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悝，所以在传输过程中easy出错而交换机则能够看作为是一种智能型的集线器，它除了拥有集线器的全部特性外还具有自己主动寻址、交換、处理的功能。而且在数据传递过程中发送端与接受端独立工作。不与其他port发生关系从而达到防止数据丢失和提高吞吐量的目的。

 ㈣、路由器 1.路由器的作用 通过集线器或交换机我们能够将非常多台电脑组成一个比較大的局域网（图3），可是当机器的数量达到一定数目时问题也就来了：对于用集线器构成的局域网而言，因为採用“广播”工作模式当网络规模较大时，信息在传输过程中出现碰撞、阻塞的情况越来越严重即使是交换机，这样的情况也相同存在其次，这样的局域网不安全也不利于管理。 
为了解决这些问题人们便将一个较大的网络划分为一个个小的子网、网段，或者直接将它们划分为多个VLAN（即虚拟局域网）在一个VLAN内，一台主机发出的信息仅仅能发送到具有同样VLAN号的其它主机其它VLAN的成员收不到这些信息或广播帧。採用VLAN划分网络后可有效地抑制网络上的广播风暴，添加网络的咹全性使管理控制集中（图4）。 
既然是局域网万一分别处于不同VLAN的主机须要互相通信时该怎么办呢?这时候就得通过路由器（Router，转发者）来帮忙了

路由器能够将处于不同子网、网段、VLAN的电脑连接起来。让它们自由通信另外。我们都知道眼下的网络有非常多种结构类型且不同网络所使用的协议、速度也不尽同样。当两个不同结构的网络须要互连时也能够通过路由器来实现。路由器能够使两个相似或鈈同体系结构的局域网段连接到一起以构成一个更大的局域网或一个广域网。

 可见路由器是一种连接多个网络或网段的网络设备，它能将不同网络、网段或VLAN之间的数据信息进行“翻译”以使它们可以相互“读”懂对方的数据，从而构成一个更大的网络 
2.路由器的工作原理 所谓路由就是指通过相互连接的网络把信息从源地点移动到目标地点的活动。

那么路由器详细是怎样进行“翻译”工作的呢?

我们平时茬学习、翻译英语时肯定会准备一本英汉字典，通过它来实现英文与中文之间的互现转换

而对于路由器而言，它也有这样的用于翻译嘚字典--路径表路径表（Routing Table）保存着各种传输路径的相关数据。如子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容路径表能够是由系统管理员固定设置好的，也能够由系统动态改动能够由路由器自己主动调整，也能够由主机控制

 通过路由器能够让不同孓网、网段进行互连，因此路由器与集线器、交换机不同它一般安装在网络的“骨干”部位，而不像集线器、交换机那样工作在基层

仳方说一个较大规模的企业局域网，基于管理、安全、性能的考虑一般都会将整个网络划分为多个VLAN，如此一来当VLAN与VLAN之间进行通讯时，僦必须使用路由器 
对于该企业网而言。肯定还须要与互联网相连对于企业而言，一般都是通过租用电信的DDN专线或者利用ADSL、Cable、ISDN等方式将企业网接入互联网而此时因为网络体系及所用协议的不同。也须要路由器来完毕企业网与互联网的互连工作

 一般来说，在路由过程中信息至少会经过一个或多个中间节点。

通常人们会把路由和交换进行对照。这主要是由于在普通用户看来两者所实现的功能是全然一樣的

事实上，路由和交换之间的主要差别就是交换发生在OSI參考模型的第二层（数据链路层）而路由发生在第三层，即网络层这一差別决定了路由和交换在移动信息的过程中须要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的路由器通过路由决定数据的轉发。转发策略称为路由选择这也是路由器名称的由来。 
三剑客的外观比較 前面我们已经解说了集线器、交换机、路由器的工作原理鈳是对于非常多刚開始学习的人来说。有时也希望可以从外观上去区分它们

当然，集线器、交换机、路由器在外观上肯定有所差别但這些往往仅仅能作为參考信息，毕竟如今非常多集线器、交换机与路由器产品在外观上看非常相似而这里面最难区分的就是普通桌面型嘚集线器与交换机，而路由器相对照较easy识别 1.集线器与交换机的外观差别 
1）集线器的外观 集线器的结构比較简单，因此集线器一般都比較尛巧：接口面板上一般具备8个、16个、24个、32个等数量不等的RJ45接口 
因为单个集线器的最大接口数一般也就32个。假设要连接50台甚至100台主机的话該怎么办呢?

集线器上的“Uplink”级联口就是为了解决问题而出现的--通过级联口能够将多个集线器连接在一起，以便拓展集线器的接口数及连接距离但最多仅仅能级联4个集线器。

 与接口相应的则是面板上标有数字的一排或两排指示灯用来指示集线器的工作状态。

当中“Power”是電源指示灯标有数字的是“Link”（连接）与“Action”（活动）指示灯。当某个RJ45接口中有正确的信号接入时该接口的“Link”灯呈常亮状态，当有信号传输时则“Action”灯闪烁。如今集线器一般都将“Link”与“Action”指示灯合二为一用一个指示灯来完毕“Link”与“Action”的工作。 
2）交换机的外观 依据应用范围不同交换机存在着多种多样的外观比如一些用于骨干线路的交换机，往往採用的是“模块式”集成方式用户能够通过购買、添加模块来增强交换机的功能，这类交换机一般应用在大型企业其体积也非常大。

 而对于那些应用在小型局域网的桌面型交换机其外观与普通的集线器很相似，要想在外观上区分它们除了铭牌上“HUB”与“Switch”标志的差别外。关键是指示灯：现在的交换机大多是10/100Mbps自适應交换机因此其面板上一般实用来表示该port是工作在10Mbps还是100Mbps的指示灯。另外交换机既能够工作在全双工状态下，也能够工作在半双工状态丅因此其面板上一般另一排“FDX/COL”或“FD/COL”指示灯。

 当中“FDX”或“FD”是“Full Duplex”（全双工）的缩写当交换机上的某个port工作在全双工状态时。其楿应的“FDX”指示灯会亮否则该port工作在半双工状态下。“COL”则是信息碰撞指示灯当该port中传输的数据出现碰撞时。则该灯会闪烁碰撞越厲害，闪烁越厉害 
对于集线器而言。尽管有些10/100Mbps自适应的集线器也实用来指示是工作在10Mbps还是100Mbps的指示灯但绝对没有“FDX/COL”指示灯。刚開始学習的人能够通过这一点来区分集线器与交换机 
2.路由器的组成与外观 1）路由器的组成 路由器作为一种高级的网络设备，并非每一个人都能夠接触到的这是由于它的普及性不如集线器、交换机高。 
集线器、交换机在工作时都是通过硬件直接实现信号的传输而路由器则不同，其实路由器是一台特殊的计算机它有CPU、存储介质以及操作系统，仅仅只是这些都与PC上的有点区别而已总的说来，路由器也可分为硬件及软件两部分

路由器的硬件主要有CPU、接口和存储介质等。路由器中的CPU和计算机中的CPU所要实现的功能都是一样的

一般来说。计算机的CPU處理能力比路由器强大可是在一些高端路由器上也会用到频率高到300MHz的CPU。路由器中的接口是很重要的由于它是连接网络最直接的媒介。咜的接口主要有以太网口、串口、FDDI、令牌环等计算机中有交换机内存和CPU和硬盘。路由器中也有仅仅只是它的名字不同而已。路由器中嘚存储介质主要有ROM（Read-Only Memory仅仅读储存设备）、Flash（闪存）、NVROM（非易失性随机存储器）、DRAM（动态随机存储器）等几种。 
路由器正是通过其特殊的軟件功能来完毕路由工作的因为这样的专业的路由器价格昂贵，所以如今人们也会在一些对路由器要求不高的应用环境中利用普通的PC机來实现路由功能比方说仅仅要在一台PC机上安装Windows2000 Server。然后进行必要的配置一台“路由器”就打造出来了。 
2）路由器的外观 路由器主要执行茬骨干网络上因此外观也千姿百态，比方一些应用于因特网骨干线路的千兆级别的路由器往往也是模块化设计，体型也非常庞大 
而那些应用于中小型企业的路由器则相对照较小巧，这类外观看起来与集线器、交换机差点儿相同的路由器其最大的外观特点就是port数量相對较少，但类型多样 事实上也非常好理解，路由器主要是用来连接不同类型的网络它位于网络的最高层。基于成本的考虑其port肯定比較少，但同一时候为了连接多种类型的网络又必须具备多种类型的网络接口。

在以太网组网中我们常常须要选用集线器（Hub）和交换机（Switch）,当网络网站较多时，它们是不可缺少的选择在网络中它们起着架构网络的作用，是网络的重要互联设备在以光纤作为传输媒体的網络中，仍会须要使用集线器和交换机可是组网中怎样选择使用HUB还是Switch呢。我们须要了解这两种设备的性能

 集线器，传统的集线器能够看作是多port中继器处于OSI模型的第一层--物理层。要求port两端的数据速率一致数据帧一致，通信协议一致这样的集线器能起到连接网络。延伸网络的能力能够由它们组成庞大的星型网络。但它是基于共享媒体的总带宽有限，各个port分得的带宽更是有限的HUB相比于交换机，它嘚传输数据率有限假设网站比較多，会造成系统性能的高速下降

 交换机，交换机处于OSI模型的第二层--数据链路层交换机的传输数据原悝与HUB不同。它採用矩阵交换通道的方式传输数据各个数据通道都有独立的带宽。尽管一个时刻一个port仅仅能有一个通道但总体上看交换機却是多个交换通道同一时候开通的，因此交换机的传输数据性能比HUB要高的多。

另外因为交换设备不再局限于碰撞域。因此交换机仳集线器在延伸网络上最有优势。交换机更为智能

 随着网络技术的发展，一种网络技术不可能轻易消失也不可能由一种设备代替全部其他设备，各种设备都在不断发展近些年来，集线器也发展了多种类型如：智能集线器。可堆叠集线器交换式集线器等等。集线器嘚性能扩展了

比方：光纤通道集线器是通过光纤通道仲裁回路拓扑来增强server和存储设备的连通性的。和以太网的集线器相似的是光纤通噵集线器是FC-AL拓扑的核心。可使回路得到集中式地监控和管理通过使用集线器，多重能够在不中断回路工作的前提下在回路中加入和拆离網络设备

交换式集线器。是近期才增加光纤通道集线器家族的新成员在集线器和交换机两大阵营之间搭起了一座连接的桥梁。

这样的集线器易于管理交换式集线器上的port都是专用的，每一port都能获得最大带宽

 因此，在组网中是使用集线器还是交换机能够从下面几个方媔考虑： 

可是假设一些应用给网络带来非常大的负载（比方完整的影像视频传輸），在这样的情况下可能须要选用交换式集线器。
 带宽――光纤通道集线器与以太网集线器相似全部port都能获取由其它port发出的数据。

這样的工作方式常常导致带宽拥塞有时还会引发安全问题。然而交换机的port却是全然独立的每一个port都能同一时候支持所使用的拓扑下的朂大带宽极限。 
 安全性――你决定选用集线器还是交换机的时候安全性可能是须要考虑的因素。

使用高性能的交换机能够方便地对网络進行逻辑分段构建虚拟局域网，提高网络的安全性提高网络的管理水平。而集线器并不具有这样的功能

 还有一个方面，交换机的价格一般同量port数的集线器要贵一些象一些小的网络。还是能够考虑使用集线器但交换机代替集线器是一种趋势。

集线器、交换机、路由器差别和使用浅谈（最新修定版） 

你是否常常听到有人提起【集线器、交换机、路由器】这些网络设备的名字是否非常想知道它们之间究竟有什么差别？功能怎样看完这篇由我在网上搜集并整理的相关资料，相信你一定会有个简单、明了、清晰的认识 

集线器也叫【HUB】。工作在网络的第一层（也叫物理层、最底层）它的作用就是将一些电脑简单的连接起来组成一个局域网。它是一个纯硬件的设备（没囿内置管理软件）用于连接网络终端，不能打破冲突域和广播域

交换机又叫【Switch】，还可以叫做【交换式集线器】工作在网络的第二層（也叫数据链路层），作用与集线器大体同样略微高端一点的交换机都有一个内置的。用于管理设备本身及所连网络的系统软件。

鼡于连接网络终端可以打破冲突域。可是不能切割广播域

集线器採用的是共享带宽的工作方式。连接在集线器上的不论什么一个设备發送数据时其它全部设备必须等待，此设备享有全部带宽通讯完成，再由其它设备使用带宽也就是说在同一个局域网内，电脑的数量越多、数据量越大时使用【HUB】相互链接的某些用户将会感觉网络非常慢或越来越慢，由于大部分的网络资源被某些能力强劲的单点终端占用了（比方新购置的电脑正在下载电影那老爷机就仅仅有聊QQ分了）。所以说集线器连接了一个冲突域的网络，全部设备相互交替使用就好象非常多人一起过独木桥，仅仅能等待一个人一个人的过一样

交换机比集线器的先进之处在于，交换机是独享带宽的它同意连接在交换机上的各个设备并行通讯。就好比快速公路上的4车道或8车道同意多辆汽车同一时候行使，设备间的通讯不会再发生冲突洇此说交换机打破了冲突域（每一个交换机接口就是一个冲突域，不会与其他接口发生通讯冲突）并且交换机分配给每一个终端的网络資源将会是相对固定的，这就避免了网络资源被某个能力强劲的终端全然占用而导致其他终端无法正常使用网格的情况并且带有内置系統管理软件的交换机能够记录MAC地址表。发送的数据不会再以广播方式发送到全部port而是直接发送到数据的目的port。从而也节省了接口带宽

泹值得注意的是交换机和集线器一样，都不能推断广播数据包还是会把广播数据发送到所有port。所以说交换机和集线器在这一点上一样嘟连接了一个广播域网络。

高端一点的交换机不仅能够记录MAC地址表还能够划分VLAN（虚拟局域网）来隔离广播，可是VLAN间也相同不能通讯要使VLAN间能够通讯，必须有三层设备介入

路由器又可称之为【Router 】。工作在网络的第三层（又叫网络层）它的作用在于连接不同的网段（比方两个不同地址的局域网）而且找到网络中传输数据最合适的路径（能够说普通情况下个人用户对这项功能的需求不是非常大）。全部的蕗由器都有自己的系统管理软件来维持（维护）路由器的执行一般来说使用之前须要专业的网络安装人员依据实际情况调试后才干正常笁作。

一般路由器的接口数量都比較少其主要作用是进行网络与网络间的连接，路由器依据记录的路由表来连接不同的局域网并转发数據从而使得由交换机划分出的不同VLAN间相互通讯得以实现。路由器不仅能像交换机一样隔离冲突域并且还能检測并丢弃广播数据包。以此来隔离广播域并有效的扩大了网络规模。

总结【路由器】、【交换机】的主要差别体如今下面几个方面：（1）工作层次不同：最初的嘚交换机是工作在OSI／RM开放体系结构的数据链路层也就是第二层。而路由器一開始就设计工作在OSI模型的网络层

因为交换机工作在OSI的第二層(数据链路层)，所以它的工作原理比較简单而路由器工作在OSI的第三层(网络层)，能够得到很多其它的协议信息所以路由器能够做出更加智能的转发决策。

（2）数据转发所根据的对象不同：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哃网络的ID号(即IP地址)来确定数据转发地址的。
IP地址是在软件中实现的描写叙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）且通常由网络管理员或系统自己主动分配。MAC地址一般是硬件自带的由网卡生产商来分配的。并且已经固化到了网卡中詓一般来说是不可更改的。

（3）传统的交换机仅仅能切割冲突域不能切割广播域。

而路由器能够切割广播域：由交换机连接的网段仍屬于同一个广播域广播数据包会在交换机连接的全部网段上传播，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尽管第三层以上交换机具有VLAN功能。也能够切割广播域可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须要路由器

（4）路由器提供了防火墙的服务：路由器只转发特定地址的数据包，不传送不支持路由协议嘚数据包传送和未知目标网络数据包的传送从而能够防止广播风暴。

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囿些交换机也可实现第三层的交换。

路由器用于WAN-WAN之间的连接能够解决异性网络之间转发分组，作用于网络层他们仅仅是从一条线路上接受输入分组。然后向还有一条线路转发

这两条线路可能分属于不同的网络。并採用不同协议

相比較而言。路由器的功能较交换机要強大但速度相对也慢，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。

集线器,就是我们常说的hub用来电脑间传输数据。用的人多了速度就慢了，由于共用一个带宽的 

交换机基本跟集线器一样的，仅仅是速度不受人数影响由于独立带宽嘛 

集线器工作在物理层，就像一个插销板一样把一根网线分成几根。 

结构简单一些简单的集线器甚至不用外接电源。它没有不论什么复杂的网络功能只把一个port收到的数据包转发到全部port去。

除了每一个port要共享带宽之外还由于常常出现数据碰撞（两个port同一时候发出数据，造成数据重叠无法正常传送）浪费带宽所以速度最慢。

集线器即将被淘汰 

交换机工作在链路层，像是电話接线员一样工作依照每一个port的请求，将数据包转发到目的地

它直接依据物理地址（每一个网卡上唯一的标记）转发，效率快速度快能够延迟转发数据，避免碰撞发生有效地共享带宽，是最快的网络设备因为价格不断下降。它已经渐渐代替便宜的集线器

集线器能够看成是一种多port的中继器，是共享带宽式的其带宽由它的port平均分配。如总带宽为10Mb/s的集线器连接4台工作站同一时候上网时。每台工作站平均带宽仅为10/4=2.5Mb/s交换机又叫交换式集线器：能够想象成一台多port的桥接器。每一port都有其专用的带宽如10Mb/s的交换式集线器，每一个port都有10Mb/s的带寬交换机和集线器都遵循IEEE802.3或IEEE802.3u。其介质存取方式均为CSMA/CD它们之间的差别为： 

集线器为共享方式，既同一网段的机器共享固有的带宽传输通过碰撞检測进行，同一网段计算机越多传输碰撞也越多，传输速率会变慢；交换机每一个port为固定带宽有独特的传输方式，传输速率鈈受计算机添加影响其独特的NWAY、全双工功能添加了交换机的使用范围和传输速度。 

这类交换机和集线器依照下面顺序适应工作速率：100M 全雙工100M半双工，10M全双工10M半双工Auto-Negotiation在IEEE 802.3u 中已有规定。其优点是在不需用户參与设定的情况下自己主动以最快速率连接。 

另外集线器上一般都囿Collision灯因为以太网络採用了CSMA/CD协议。

在传输过程中可能发生冲突此时，Collision要闪烁

假设Collision闪烁过分频繁。说明网络负载已经非常重了须要对網络进行调整或者升级。