一、集线器与交换机的分水岭

外观一样，内部完全不同：

第一行那个「共享总线」是关键： 集线器收到一个帧，会往所有别的口复制一份——它本质上就是「一根线加一个中继器」。 所以接 10 台机器，10 台仍然在同一个冲突域里。 第二行的「交换矩阵」意味着「可以同时有多对在通话」： 1 号发给 2 号的同时，3 号可以发给 4 号。 这两对流量互不干扰，所以总容量是所有端口之和。 这个差别在「人数」上体现得最清楚： 集线器上 10 台机器抢 10 Mbps，交换机上 10 台机器各有 100 Mbps。 差了 100 倍，而价格只差几倍——这就是 2000 年前后交换机彻底取代集线器的原因。

二、聚合带宽这个数怎么算

「端口速率」和「聚合带宽」不是一回事：

第二行那个 4800 = 100 × 24 × 2：乘 2 是因为全双工——100 发 + 100 收，两个方向同时进行。 这也是「百兆全双工」这个说法的来源：它不是「200 Mbps 单向」，是「100 进 100 出」。 报价单上把这两个口径混用，是采购时最常见的坑。 第三行那个「背板带宽」是真正的瓶颈：如果内部矩阵只有 1000 Mbps，那 24 个口同时用就会堵。 所以「无阻塞交换机」的意思是「背板带宽 ≥ 聚合带宽」， 这个指标在规格表里通常写成「交换容量」。

三、全双工带来了什么

不只是「快一倍」，是「规则变了」：

| 项目 | 半双工 | 全双工 | |---|---|---|---| | 要不要听 | 要，发之前先听 | 不用，两个方向独立 | | 会不会撞 | 会 | 不会 | | 最小帧还有意义吗 | 有（为了碰撞检测） | 没有，但仍然保留 | | 距离限制 | 由冲突域直径决定 | 由信号质量决定 |

第二行「不会撞」是根本性的改变：全双工的每一对线都是「点对点」的， 收发各走各的线，物理上就不可能撞。 所以 CSMA／CD 在全双工下是「关闭」的——不是「优化了」，是「不需要了」。 第三行那个「仍然保留」很有意思：64 字节的最小帧在全双工下没有技术必要， 但标准没改——因为要兼容。 所以今天你发一个 1 字节的包，网卡还是会填到 64 字节。 这也是「速率涨了一万倍，帧格式没变」的代价与好处：代价是「有些规定已经不适用了还在生效」， 好处是「1980 年的设备插上今天的网还能通」。

四、动手 Demo：从共享到独占——集线器与交换机的账

同一批端口，分别按集线器和交换机算一遍。 重点看「每口实得」和「聚合带宽」这两列。

for ports in (10, 24, 48):
    hub = 10.0 / ports
    agg = 100.0 * ports * 2
    print('%2d 口：集线器每口 %5.2f Mbps  交换机聚合 %5.0f Mbps  可同时 %d 对'
          % (ports, hub, agg, ports // 2))

实跑输出：

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从共享到独占——集线器与交换机的账
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**非共享介质的意思是「每个站自己有通道」。**这件事在数字上意味着什么？
把同一批端口分别按集线器和交换机算一遍。

  端口数     集线器 Mbps     每口实得     交换机 Mbps             聚合带宽     同时对话对数
  ------------------------------------------------------------------------------------------
  10         10（共享）      1.00         100（独占，全双工）     2000         5
  24         10（共享）      0.42         100（独占，全双工）     4800         12
  48         10（共享）      0.21         100（独占，全双工）     9600         24

**第三列和第五列差了三个数量级**：**10 口的集线器，每口只能分到 1 Mbps；**
**同样 10 口的百兆交换机，聚合能到 2000 Mbps。**
**因为交换机每口一对线是独占的，10 对线可以同时各跑 100 Mbps。**
**最后那一列是「无阻塞」的门槛**：**10 个口要两两全通，最多 5 对同时说话。**
**只要背板带宽够 5 × 200 Mbps，交换机就不会成为瓶颈**——
**这就是交换机规格里「背板带宽」这个参数的来历。**
**还有一处容易被忽略的区别**：**集线器是半双工，同一时刻只有一个站在说话**；
**交换机是全双工，收发可以同时进行**。
**所以「百兆全双工」其实是 100 发 + 100 收，不是 200 的单向速度**——
**写规格时这两个口径混用，是报价单上最常见的坑。**

「每口实得」和「聚合带宽」差了三个数量级： 10 口集线器每口 1 Mbps，10 口百兆交换机聚合 2000 Mbps。 因为交换机每口一对线是独占的，10 对线可以同时各跑 100 Mbps。 最后一列「可同时几对」是「无阻塞」的门槛：10 个口要两两全通，最多 5 对同时说话。 只要背板带宽够 5 × 200 Mbps，交换机就不会成为瓶颈—— 这就是规格表里「交换容量」这个参数的来历。 有一个容易混的口径要纠正：「百兆全双工」是 100 发 + 100 收，不是「200 Mbps 单向」。 所以「24 口百兆交换机 = 4.8 Gbps」这个算法，说的是「所有口同时满速、双向都满」的理论上限。 实际业务几乎跑不到，但背板必须按这个数设计才叫无阻塞。

30 秒实验

1. 把交换机速率改成 1000，看聚合带宽变成多少。
2. 算一下：48 口千兆交换机的「交换容量」至少要多少才叫无阻塞？
3. 想一下：为什么集线器几乎买不到了，但「网络分路器（TAP）」还在用类似原理？

常见误区

1. 以为「百兆全双工 = 200 Mbps 单向」。 是 100 进 100 出，两个方向同时。
2. 以为「端口速率乘以口数就是实际吞吐」。 那是理论上限，实际受背板带宽与业务模型限制。
3. 以为「全双工还在用 CSMA／CD」。 全双工下不会碰撞，那套机制是关闭的。

下一节看交换机内部那张表是怎么学出来的。

• ☐ （本节完，下一节 3.2.4 根据MAC地址转发）

相关笔记

• 共享介质型网络
• 根据MAC地址转发
• 📚 图解TCP／IP · 索引