二層交換機(jī)、三層交換機(jī)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(jī)、三層交換機(jī)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(jī):二層交換技術(shù)是發(fā)展比較成熟，二層交換機(jī)屬數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，可以識別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并將這些MAC地址與對應(yīng)的端口記錄在自己內(nèi)部的一個地址表中。 具體如下： （1）當(dāng)交換機(jī)從某個端口收到一個數(shù)據(jù)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(jī)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(yīng)的端口； （3）如表中有與這目的MAC地址對應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上。 三層交換機(jī): 三層交換技術(shù)就是將路由技術(shù)與交換技術(shù)合二為一的技術(shù)。在對

2、第一個數(shù)據(jù)流進(jìn)行路由后，它將會產(chǎn)生一個MAC地址與IP地址的映射表，當(dāng)同樣的數(shù)據(jù)流再次通過時，將根據(jù)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(jìn)行路由選擇而造成網(wǎng)絡(luò)的延遲，提高了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的效率。 路由器：傳統(tǒng)地，路由器工作于OSI七層協(xié)議中的第三層，其主要任務(wù)是接收來自一個網(wǎng)絡(luò)接口的數(shù)據(jù)包，根據(jù)其中所含的目的地址，決定轉(zhuǎn)發(fā)到下一個目的地址。因此，路由器首先得在轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)包的幀格前添加下一個MAC地址，同時IP數(shù)據(jù)包頭的TTL（Time To Live）域也開始減數(shù)， 并重新計算校驗(yàn)和。當(dāng)數(shù)據(jù)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(xié)議查找設(shè)備中的路由表。如果到某一特定節(jié)點(diǎn)有一條以上的路徑，則基本預(yù)先確定的路由準(zhǔn)則是選擇最優(yōu)（或最經(jīng)濟(jì)）的傳輸路徑。由于各種網(wǎng)絡(luò)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(xié)議的規(guī)定而定時更新。 主要區(qū)別：二層交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層，三層交換機(jī)工作在網(wǎng)絡(luò)層，路由器工作在網(wǎng)絡(luò)層。 具體區(qū)別如下： 二層交換機(jī)和三層交換機(jī)的區(qū)別： 三層交換機(jī)使用了三層交換技術(shù) 簡單地說，三層交換技術(shù)就是：二層交換技術(shù)三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。它解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進(jìn)行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復(fù)雜

4、所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題。 什么是三層交換 三層交換（也稱多層交換技術(shù)，或IP交換技術(shù)）是相對于傳統(tǒng)交換概念而提出的。眾所周知，傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在OSI網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型中的第二層數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行 *作的，而三層交換技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。簡單地說，三層交換技術(shù)就是：二層交換技術(shù)三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。 三層交換技術(shù)的出現(xiàn)，解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進(jìn)行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復(fù)雜所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題。 其原理是：假設(shè)兩個使用IP協(xié)議的站點(diǎn)A、B通過第三層交換機(jī)進(jìn)行通信，發(fā)送站點(diǎn)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(wǎng)內(nèi)。若目的站B與發(fā)送站A在同一子網(wǎng)內(nèi)，則進(jìn)行二層的轉(zhuǎn)發(fā)。若兩個站點(diǎn)不在同一子網(wǎng)內(nèi)，如發(fā)送站A要與目的站B通信，發(fā)送站A要向“缺省網(wǎng)關(guān)”發(fā)出ARP(地址解析封包，而“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址其實(shí)是三層交換機(jī)的三層交換模塊。 當(dāng)發(fā)送站A對“缺省網(wǎng)關(guān)”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(jīng)知道B站的MAC地址，則向發(fā)送站A回復(fù)B的MAC地址。否則三層交換模塊根據(jù)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(fù)其MAC地址，三層交換模塊保存此地址并回復(fù)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(dāng)A向B

6、發(fā)送的數(shù)據(jù)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?jǐn)?shù)據(jù)都通過二層交換轉(zhuǎn)發(fā)，因此三層交換機(jī)的速度很快，接近二層交換機(jī)的速度，同時比相同路由器的價格低很多。 第二層交換機(jī)和路由器的區(qū)別： 傳統(tǒng)交換機(jī)從網(wǎng)橋發(fā)展而來，屬于OSI第二層即數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。它根據(jù)MAC地址尋址，通過站表選擇路由，站表的建立和維護(hù)由交換機(jī)自動進(jìn)行。路由器屬于OSI第三層即網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，它根據(jù)IP地址進(jìn)行尋址，通過路由表路由協(xié)議產(chǎn)生。交換機(jī)最大的好處是快速，由于交換機(jī)只須識別幀中MAC地址，直接根據(jù)MAC地址產(chǎn)生選擇轉(zhuǎn)發(fā)端口算法簡單，便于ASIC實(shí)現(xiàn)，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度極高。但交換機(jī)的工

7、作機(jī)制也帶來一些問題。 1.回路：根據(jù)交換機(jī)地址學(xué)習(xí)和站表建立算法，交換機(jī)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(chǎn)生回路的端口。而路由器的路由協(xié)議沒有這個問題，路由器之間可以有多條通路來平衡負(fù)載，提高可靠性。 2.負(fù)載集中：交換機(jī)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(jìn)行動態(tài)分配，以平衡負(fù)載。而路由器的路由協(xié)議算法可以避免這一點(diǎn)，OSPF路由協(xié)議算法不但能產(chǎn)生多條路由，而且能為不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用選擇各自不同的最佳路由 。 3.廣播控制：交換機(jī)只能縮小沖突域，而不能縮小廣播域。整個交換式網(wǎng)絡(luò)就是一個大的廣播域，廣播報文散到整個交換式網(wǎng)絡(luò)。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(jìn)行廣播。 4.子網(wǎng)劃分：交換機(jī)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(jié)構(gòu)，因此不能根據(jù)MAC地址來劃分子網(wǎng)。而路由器識別IP地址，IP地址由網(wǎng)絡(luò)管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有層次結(jié)構(gòu)，被劃分成網(wǎng)絡(luò)號和主機(jī)號，可以非常方便地用于劃分子網(wǎng)，路由器的主要功能就是用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)。 5.保密問題：雖說交換機(jī)也可以根據(jù)幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內(nèi)容對幀實(shí)施過濾，但路由器根據(jù)報文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等內(nèi)容對報文實(shí)施過濾，更加直觀方便。 6.介質(zhì)相關(guān)：交換機(jī)作為橋接設(shè)備也能完成不同鏈路層和物理層之間的轉(zhuǎn)換，但這種

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

10、交換機(jī)而言，每一個端口對應(yīng)一個網(wǎng)段，由于子網(wǎng)由若干網(wǎng)段構(gòu)成，通過對交換機(jī)端口的組合，可以邏輯劃分子網(wǎng)。廣播報文只能在子網(wǎng)內(nèi)廣播，不能擴(kuò)散到別的子網(wǎng)內(nèi)，通過合理劃分邏輯子網(wǎng)，達(dá)到控制廣播的目的。由于邏輯子網(wǎng)由交換機(jī)端口任意組合，沒有物理上的相關(guān)性，因此稱為虛擬子網(wǎng)，或叫虛擬網(wǎng)。虛擬網(wǎng)技術(shù)不用路由器就解決了廣播報文的隔離問題，且虛擬網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)段與其物理位置無關(guān)，即相鄰網(wǎng)段可以屬于不同虛擬網(wǎng)，而相隔甚遠(yuǎn)的兩個網(wǎng)段可能屬于不同虛擬網(wǎng)，而相隔甚遠(yuǎn)的兩個網(wǎng)段可能屬于同一個虛擬網(wǎng)。不同虛擬網(wǎng)內(nèi)的終端之間不能相互通信，增強(qiáng)了對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)的訪問控制。 第三層交換機(jī)和路由器的區(qū)別： 在第三層交換技術(shù)出現(xiàn)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(xiàn)在第三層交換機(jī)完全能夠執(zhí)行傳統(tǒng)路由器的大多數(shù)功能。作為網(wǎng)絡(luò)互連的設(shè)備，第三層交換機(jī)具有以下特征： 1.轉(zhuǎn)發(fā)基于第三層地址的業(yè)務(wù)流； 2.完全交換功能； 3.可以完成特殊服務(wù)，如報文過濾或認(rèn)證； 4.執(zhí)行或不執(zhí)行路由處理。 第三層交換機(jī)與傳統(tǒng)路由器相比有如下優(yōu)點(diǎn)： 1.子網(wǎng)間傳輸帶寬可任意分配：傳統(tǒng)路由器每個接口連接一個子網(wǎng)，子網(wǎng)通過路由器進(jìn)行傳輸?shù)乃俾时唤涌诘膸捤拗啤６龑咏粨Q機(jī)則不同，它可以把多個端口定義成一個虛擬網(wǎng)，把多個端口組成的虛擬網(wǎng)作為虛擬網(wǎng)接口，該虛擬網(wǎng)內(nèi)信息可通過組成虛擬網(wǎng)的端口送給三層交換機(jī)，由于端口數(shù)可任意指定，子網(wǎng)間傳輸帶寬沒有限制。 2.合理配置信息資源：由于訪問子網(wǎng)內(nèi)資源速率和訪問全局網(wǎng)中資源速率沒有區(qū)別，子網(wǎng)設(shè)置單獨(dú)服務(wù)器的意義不大，通過在全局網(wǎng)中設(shè)置服務(wù)器群不僅節(jié)省費(fèi)用，更可以合理配置信息資源。 3.降低成本：通常的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計用交換機(jī)構(gòu)成子網(wǎng)，用路由器進(jìn)行子網(wǎng)間互連。目前采用三層交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，既可以進(jìn)行任意虛擬子網(wǎng)劃分，又可以通過交換機(jī)三層路由功能完成子網(wǎng)間通信，為此節(jié)省了價格昂貴的路由器。 4.交換機(jī)之間連接靈活：作為交換機(jī)，