二層交換機、三層交換機和路由器的基本工作原理和三者之間的主要區(qū)別

1、二層交換機、三層交換機和路由器的基本工作原理和三者之間的主要區(qū)別。 二層交換機:二層交換技術是發(fā)展比較成熟，二層交換機屬數據鏈路層設備，可以識別數據包中的MAC地址信息，根據MAC地址進行轉發(fā)，并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內部的一個地址表中。 具體如下： （1）當交換機從某個端口收到一個數據包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機器是連在哪個端口上； （2）再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應的端口； （3）如表中有與這目的MAC地址對應的端口，把數據包直接復制到這端口上。 三層交換機: 三層交換技術就是將路由技術與交換技術合二為一的技術。在對

2、第一個數據流進行路由后，它將會產生一個MAC地址與IP地址的映射表，當同樣的數據流再次通過時，將根據此表直接從二層通過而不是再次路由，從而消除了路由器進行路由選擇而造成網絡的延遲，提高了數據包轉發(fā)的效率。 路由器：傳統地，路由器工作于OSI七層協議中的第三層，其主要任務是接收來自一個網絡接口的數據包，根據其中所含的目的地址，決定轉發(fā)到下一個目的地址。因此，路由器首先得在轉發(fā)路由表中查找它的目的地址，若找到了目的地址，就在數據包的幀格前添加下一個MAC地址，同時IP數據包頭的TTL（Time To Live）域也開始減數， 并重新計算校驗和。當數據包被送到輸出端口時，它需要按順序等待，以便被傳送

3、到輸出鏈路上。 路由器在工作時能夠按照某種路由通信協議查找設備中的路由表。如果到某一特定節(jié)點有一條以上的路徑，則基本預先確定的路由準則是選擇最優(yōu)（或最經濟）的傳輸路徑。由于各種網絡段和其相互連接情況可能會因環(huán)境變化而變化，因此路由情況的信息一般也按所使用的路由信息協議的規(guī)定而定時更新。 主要區(qū)別：二層交換機工作在數據鏈路層，三層交換機工作在網絡層，路由器工作在網絡層。 具體區(qū)別如下： 二層交換機和三層交換機的區(qū)別： 三層交換機使用了三層交換技術 簡單地說，三層交換技術就是：二層交換技術三層轉發(fā)技術。它解決了局域網中網段劃分之后，網段中子網必須依賴路由器進行管理的局面，解決了傳統路由器低速、復雜

4、所造成的網絡瓶頸問題。 什么是三層交換 三層交換（也稱多層交換技術，或IP交換技術）是相對于傳統交換概念而提出的。眾所周知，傳統的交換技術是在OSI網絡標準模型中的第二層數據鏈路層進行 *作的，而三層交換技術是在網絡模型中的第三層實現了數據包的高速轉發(fā)。簡單地說，三層交換技術就是：二層交換技術三層轉發(fā)技術。 三層交換技術的出現，解決了局域網中網段劃分之后，網段中子網必須依賴路由器進行管理的局面，解決了傳統路由器低速、復雜所造成的網絡瓶頸問題。 其原理是：假設兩個使用IP協議的站點A、B通過第三層交換機進行通信，發(fā)送站點A在開始發(fā)送時，把自己的IP地址與B站的IP地址比較，判斷B站是否與自己在同

5、一子網內。若目的站B與發(fā)送站A在同一子網內，則進行二層的轉發(fā)。若兩個站點不在同一子網內，如發(fā)送站A要與目的站B通信，發(fā)送站A要向“缺省網關”發(fā)出ARP(地址解析封包，而“缺省網關”的IP地址其實是三層交換機的三層交換模塊。 當發(fā)送站A對“缺省網關”的IP地址廣播出一個ARP請求時，如果三層交換模塊在以前的通信過程中已經知道B站的MAC地址，則向發(fā)送站A回復B的MAC地址。否則三層交換模塊根據路由信息向B站廣播一個ARP請求，B站得到此ARP請求后向三層交換模塊回復其MAC地址，三層交換模塊保存此地址并回復給發(fā)送站A,同時將B站的MAC地址發(fā)送到二層交換引擎的MAC地址表中。 從這以后，當A向B

6、發(fā)送的數據包便全部交給二層交換處理，信息得以高速交換。由于僅僅在路由過程中才需要三層處理，絕大部分數據都通過二層交換轉發(fā)，因此三層交換機的速度很快，接近二層交換機的速度，同時比相同路由器的價格低很多。 第二層交換機和路由器的區(qū)別： 傳統交換機從網橋發(fā)展而來，屬于OSI第二層即數據鏈路層設備。它根據MAC地址尋址，通過站表選擇路由，站表的建立和維護由交換機自動進行。路由器屬于OSI第三層即網絡層設備，它根據IP地址進行尋址，通過路由表路由協議產生。交換機最大的好處是快速，由于交換機只須識別幀中MAC地址，直接根據MAC地址產生選擇轉發(fā)端口算法簡單，便于ASIC實現，因此轉發(fā)速度極高。但交換機的工

7、作機制也帶來一些問題。 1.回路：根據交換機地址學習和站表建立算法，交換機之間不允許存在回路。一旦存在回路，必須啟動生成樹算法，阻塞掉產生回路的端口。而路由器的路由協議沒有這個問題，路由器之間可以有多條通路來平衡負載，提高可靠性。 2.負載集中：交換機之間只能有一條通路，使得信息集中在一條通信鏈路上，不能進行動態(tài)分配，以平衡負載。而路由器的路由協議算法可以避免這一點，OSPF路由協議算法不但能產生多條路由，而且能為不同的網絡應用選擇各自不同的最佳路由 。 3.廣播控制：交換機只能縮小沖突域，而不能縮小廣播域。整個交換式網絡就是一個大的廣播域，廣播報文散到整個交換式網絡。而路由器可以隔離廣播域，

8、廣播報文不能通過路由器繼續(xù)進行廣播。 4.子網劃分：交換機只能識別MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址結構，因此不能根據MAC地址來劃分子網。而路由器識別IP地址，IP地址由網絡管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有層次結構，被劃分成網絡號和主機號，可以非常方便地用于劃分子網，路由器的主要功能就是用于連接不同的網絡。 5.保密問題：雖說交換機也可以根據幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內容對幀實施過濾，但路由器根據報文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等內容對報文實施過濾，更加直觀方便。 6.介質相關：交換機作為橋接設備也能完成不同鏈路層和物理層之間的轉換，但這種

9、轉換過程比較復雜，不適合ASIC實現，勢必降低交換機的轉發(fā)速度。因此目前交換機主要完成相同或相似物理介質和鏈路協議的網絡互連，而不會用來在物理介質和鏈路層協議相差甚元的網絡之間進行互連。而路由器則不同，它主要用于不同網絡之間互連，因此能連接不同物理介質、鏈路層協議和網絡層協議的網絡。路由器在功能上雖然占據了優(yōu)勢，但價格昂貴，報文轉發(fā)速度低。 近幾年，交換機為提高性能做了許多改進，其中最突出的改進是虛擬網絡和三層交換。 劃分子網可以縮小廣播域，減少廣播風暴對網絡的影響。路由器每一接口連接一個子網，廣播報文不能經過路由器廣播出去，連接在路由器不同接口的子網屬于不同子網，子網范圍由路由器物理劃分。對

10、交換機而言，每一個端口對應一個網段，由于子網由若干網段構成，通過對交換機端口的組合，可以邏輯劃分子網。廣播報文只能在子網內廣播，不能擴散到別的子網內，通過合理劃分邏輯子網，達到控制廣播的目的。由于邏輯子網由交換機端口任意組合，沒有物理上的相關性，因此稱為虛擬子網，或叫虛擬網。虛擬網技術不用路由器就解決了廣播報文的隔離問題，且虛擬網內網段與其物理位置無關，即相鄰網段可以屬于不同虛擬網，而相隔甚遠的兩個網段可能屬于不同虛擬網，而相隔甚遠的兩個網段可能屬于同一個虛擬網。不同虛擬網內的終端之間不能相互通信，增強了對網絡內數據的訪問控制。 第三層交換機和路由器的區(qū)別： 在第三層交換技術出現之前，幾乎沒有

11、必要將路由功能器件和路由器區(qū)別開來，他們完全是相同的： 提供路由功能正在路由器的工作，然而，現在第三層交換機完全能夠執(zhí)行傳統路由器的大多數功能。作為網絡互連的設備，第三層交換機具有以下特征： 1.轉發(fā)基于第三層地址的業(yè)務流； 2.完全交換功能； 3.可以完成特殊服務，如報文過濾或認證； 4.執(zhí)行或不執(zhí)行路由處理。 第三層交換機與傳統路由器相比有如下優(yōu)點： 1.子網間傳輸帶寬可任意分配：傳統路由器每個接口連接一個子網，子網通過路由器進行傳輸的速率被接口的帶寬所限制。而三層交換機則不同，它可以把多個端口定義成一個虛擬網，把多個端口組成的虛擬網作為虛擬網接口，該虛擬網內信息可通過組成虛擬網的端口送給三層交換機，由于端口數可任意指定，子網間傳輸帶寬沒有限制。 2.合理配置信息資源：由于訪問子網內資源速率和訪問全局網中資源速率沒有區(qū)別，子網設置單獨服務器的意義不大，通過在全局網中設置服務器群不僅節(jié)省費用，更可以合理配置信息資源。 3.降低成本：通常的網絡設計用交換機構成子網，用路由器進行子網間互連。目前采用三層交換機進行網絡設計，既可以進行任意虛擬子網劃分，又可以通過交換機三層路由功能完成子網間通信，為此節(jié)省了價格昂貴的路由器。 4.交換機之間連接靈活：作為交換機，