为了让数据传输的可扩展性和效率优于简单的点对点网络,网络设计人员使用专用网络设备(例如集线器、网桥和交换机、路由器及无线接入点)在设备之间发送数据。

集线器

集线器(如图 1 所示)在一个端口上接收数据后重新生成数据并向外发送到所有其它端口,从而扩大网络范围。集线器还可用作中继器。中继器可以扩大网络的覆盖范围,因为它能重建信号,克服了远距离数据退化的影响。集线器还可以连接到其它网络设备,例如连接到其它网段的交换机或路由器。

由于交换机的高效率和低成本优点,集线器如今已不太常用。集线器并不分隔网络流量,因此也就减少了与其连接的所有设备的可用带宽量。此外,由于集线器不能过滤数据,因此时常有许多不必要的网络流量在与其连接的所有设备之间不停地传输。

网桥和交换机

文件在通过网络传输之前会被划分为较小的数据片段,称为数据包。此过程可以进行错误检查,而且如果数据包丢失或损坏,重传也更加容易。在传输数据包之前,地址信息会添加到数据包的开头和结尾。数据包连同地址信息一起被称为帧。

LAN 通常被划分为多个网段部分,类似于公司分为各个部门或学校分为各个班级。网段的边界可以使用网桥进行定义。网桥在 LAN 网段之间过滤网络流量。网桥会记录该网桥连接到的每个网段中的所有设备。当网桥收到帧时,网桥会检查目的地址,确定是将帧发送到不同网段还是丢弃。网桥还可以将帧仅仅限制在帧所属的网段中,因此有助于改善数据的流动。

交换机(如图 2 所示)有时也称为多端口网桥。常见的网桥有两个端口,连接同一网络的两个网段。交换机有多个端口,具体取决于要连接的网段数量。交换机是比网桥更加先进的设备。

在现代的网络中,交换机已取代集线器成为连接中心点。与集线器类似,交换机的速度也决定了网络的最大速度。但是,交换机只将数据发送到要发送到的设备,因此可以过滤和分隔网络流量。这样便为网络中的每台设备提供了更高的专用带宽。

交换机可维护一个交换表。这个交换表包含网络中所有 MAC 地址的列表,并列出可以使用哪个交换机端口到达具有特定 MAC 地址的设备。交换表通过检查每个传入帧的源 MAC 地址来记录 MAC 地址,同时记录帧到达的端口。然后,交换机创建一个将 MAC 地址映射到传出端口的交换表。当发往特定 MAC 地址的帧到达时,交换机使用交换表来决定要用哪个端口到达该 MAC 地址。随后从该端口将帧转发到目的地址。因为只通过一个端口将帧发送到目的地址,所以不会影响其它端口。

以太网供电 (PoE)

PoE 交换机在传输数据的同时,还通过以太网电缆传递少量的直流电流,为 PoE 设备供电。支持 PoE 的低压设备如 Wi-Fi 接入点、监控视频设备和网卡,可以远程供电。PoE 设备可以通过最远 330 英尺(100 米)外的以太网连接供电。