很多朋友問(wèn),，路由器和三層交換機(jī)有什么區(qū)別？這是一個(gè)好問(wèn)題,。今天就來(lái)了解一下吧。

一,、開(kāi)關(guān)的工作原理

當(dāng)交換機(jī)收到數(shù)據(jù)時(shí),，它會(huì)檢查其目的MAC地址，然后將數(shù)據(jù)從目的主機(jī)所在的接口轉(zhuǎn)發(fā)出去,。交換機(jī)之所以能實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能,，是因?yàn)榻粨Q機(jī)內(nèi)部有一個(gè)MAC地址表，記錄了網(wǎng)絡(luò)中所有MAC地址與交換機(jī)端口的對(duì)應(yīng)信息,。當(dāng)一個(gè)數(shù)據(jù)幀需要轉(zhuǎn)發(fā)時(shí),，交換機(jī)根據(jù)該數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址查找MAC地址表，從而得到該地址對(duì)應(yīng)的端口,，即知道擁有該MAC地址的設(shè)備連接到哪個(gè)端口,，然后交換機(jī)從該端口轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)幀,。

1.交換機(jī)在收到的數(shù)據(jù)幀中的源MAC地址和交換機(jī)端口之間建立映射，并將其寫(xiě)入MAC地址表,。

2.交換機(jī)將數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址與已建立的MAC地址表進(jìn)行比較,，以決定向哪個(gè)端口轉(zhuǎn)發(fā)。

3.如果數(shù)據(jù)幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中,，它將被轉(zhuǎn)發(fā)到所有端口,。這個(gè)過(guò)程叫做洪水。

4.廣播幀和組播幀被轉(zhuǎn)發(fā)到所有端口,。

示例：網(wǎng)絡(luò)如圖1所示,。

圖1交換機(jī)地址表

表1端口/MAC地址映射表

假設(shè)主機(jī)pc1向主機(jī)pc7發(fā)送數(shù)據(jù)幀。數(shù)據(jù)幀發(fā)送到交換機(jī)后,，交換機(jī)首先檢查MAC地址表,，發(fā)現(xiàn)主機(jī)pc7連接到E0/24接口，然后從E0/24接口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀,。

交換機(jī)的三個(gè)基本功能

1.學(xué)問(wèn)

以太網(wǎng)交換機(jī)知道連接到每個(gè)端口的設(shè)備的MAC地址,，并將這些地址與相應(yīng)的端口進(jìn)行映射，并將它們存儲(chǔ)在交換機(jī)緩存中的MAC地址表中,。

2.轉(zhuǎn)發(fā)/過(guò)濾

當(dāng)數(shù)據(jù)幀的目的地址被映射在MAC地址表中時(shí),，它被轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點(diǎn)的端口，而不是所有端口(如果數(shù)據(jù)幀是廣播/多播幀,，它被轉(zhuǎn)發(fā)到所有端口),。

3、消除環(huán)路

當(dāng)交換機(jī)包含冗余環(huán)路時(shí),，以太網(wǎng)交換機(jī)通過(guò)生成樹(shù)協(xié)議來(lái)避免環(huán)路,，并允許存在備用路徑。

第2層,、第2層和第3層交換機(jī)的比較

1.第二層交換技術(shù)

第二層交換技術(shù)已經(jīng)成熟,。二層交換機(jī)是數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，它可以識(shí)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地址和對(duì)應(yīng)的端口記錄在一個(gè)地址表中。

具體工作流程如下：

(1)當(dāng)交換機(jī)從一個(gè)端口接收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí),，首先讀取包頭中的源MAC地址,，這樣就知道有源MAC地址的機(jī)器連接的是哪個(gè)端口；

(2)讀取包頭中的目的MAC地址,，并在地址表中查找對(duì)應(yīng)的端口,；

(3)如果表中有該目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口，則將數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到該端口,；

(4)如果在表中找不到相應(yīng)的端口,，則將數(shù)據(jù)包廣播到所有端口,。當(dāng)目的機(jī)器響應(yīng)源機(jī)器時(shí)，交換機(jī)可以獲知目的MAC地址對(duì)應(yīng)于哪個(gè)端口,，因此在下一次數(shù)據(jù)傳輸中不再需要廣播所有端口,。

通過(guò)這個(gè)過(guò)程，我們可以了解到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的MAC地址信息,。第2層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)自己的地址表的,。

從第二層交換機(jī)的工作原理可以推斷出以下三點(diǎn)：

(1)因?yàn)榻粨Q機(jī)同時(shí)交換大多數(shù)端口的數(shù)據(jù)，所以它需要較寬的交換總線帶寬,。如果二層交換機(jī)有n個(gè)端口,，每個(gè)端口的帶寬為M，交換機(jī)的總線帶寬超過(guò)NM,，那么交換機(jī)可以實(shí)現(xiàn)線速交換,；

(2)學(xué)習(xí)端口所連接的機(jī)器的MAC地址，并將其寫(xiě)入地址表,。地址表的大小(一般有兩種表示：一種是BEFFER RAM,，一種是MAC表項(xiàng)的值)影響交換機(jī)的訪問(wèn)能力；

(3)還有一點(diǎn)就是二層交換機(jī)一般都含有專(zhuān)門(mén)用于包轉(zhuǎn)發(fā)的ASIC芯片,，所以轉(zhuǎn)發(fā)速度可以很快,。因?yàn)椴煌瑥S商使用的ASIC不一樣，直接影響產(chǎn)品性能,。

2.第三層交換機(jī)

三層交換工作在OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型的第三層,，即網(wǎng)絡(luò)層，它利用三層協(xié)議中IP包的頭信息來(lái)標(biāo)記后續(xù)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流,，具有相同標(biāo)記的業(yè)務(wù)流的后續(xù)報(bào)文被交換到二層數(shù)據(jù)鏈路層,，從而在源IP地址和目的IP地址之間打開(kāi)一條通路。該路徑通過(guò)第二鏈路層,。有了這條路徑,，三層交換機(jī)就不需要每次對(duì)接收到的數(shù)據(jù)包進(jìn)行解包來(lái)判斷路由，而是直接轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包,，交換數(shù)據(jù)流,。

例如

比如A要向B發(fā)送數(shù)據(jù)，目的IP已知,，那么A會(huì)利用子網(wǎng)掩碼獲取網(wǎng)絡(luò)地址，判斷目的IP是否和自己在同一個(gè)網(wǎng)段,。

使用IP的設(shè)備A-第3層交換機(jī)-使用IP的設(shè)備B,。

如果你們?cè)谕粋€(gè)網(wǎng)段，但是不知道轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)需要的MAC地址,，A發(fā)送ARP請(qǐng)求,，B返回自己的MAC地址,。a用這個(gè)MAC將數(shù)據(jù)包打包發(fā)送給交換機(jī)，交換機(jī)用二層交換模塊查找MAC地址表,，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口,。

如果目的IP地址沒(méi)有顯示在同一個(gè)網(wǎng)段，那么A要和B通信,，如果流緩存條目中沒(méi)有對(duì)應(yīng)的MAC地址條目,，它會(huì)將第一個(gè)正常數(shù)據(jù)包發(fā)送到一個(gè)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)，這個(gè)默認(rèn)網(wǎng)關(guān)一般在操作系統(tǒng)中設(shè)置,，對(duì)應(yīng)的是第三層路由模塊,，所以可以看到，對(duì)于不在同一個(gè)子網(wǎng)的數(shù)據(jù),，默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的MAC地址首先放在MAC表中,；然后三層路由模塊接收這個(gè)數(shù)據(jù)包，查詢路由表確定到B的路由,，構(gòu)造一個(gè)新的幀頭,，其中默認(rèn)網(wǎng)關(guān)的MAC地址是源MAC地址，主機(jī)B的MAC地址是目的MAC地址,。通過(guò)一定的識(shí)別觸發(fā)機(jī)制,，建立主機(jī)A和B的MAC地址與轉(zhuǎn)發(fā)端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，記錄入站緩存的條目表,，將A到B的后續(xù)數(shù)據(jù)直接交給二層交換模塊,。這通常被稱為一個(gè)路由和多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)。

您可以看到三層交換的特點(diǎn)：

a,、通過(guò)硬件組合實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),。

b，這不是第二層交換機(jī)和路由器的簡(jiǎn)單疊加,。三層路由模塊直接疊加在二層交換的高速背板總線上,，突破了傳統(tǒng)路由器的接口速度限制，速度可達(dá)數(shù)十Gbit/s.算上背板的帶寬,，這是三層交換機(jī)性能的兩個(gè)重要參數(shù),。

簡(jiǎn)潔的路由軟件簡(jiǎn)化了路由過(guò)程。

d,、大部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā),，除了必要的路由由路由軟件處理，都是二層模塊高速轉(zhuǎn)發(fā),，路由軟件多是經(jīng)過(guò)處理的高效優(yōu)化軟件,，不是簡(jiǎn)單的復(fù)制路由器里的軟件。

所以：

第2層交換機(jī)：基于MAC地址,。

三層交換機(jī)：具有VLAN功能,，交換和路由,，基于IP，是網(wǎng)絡(luò),。

第三,，路由器和第三層交換機(jī)的區(qū)別

路由器是三層設(shè)備，但三層交換機(jī)可以在第三層和第二層都工作,。

事實(shí)上,，第3層交換機(jī)和路由器之間仍然有很大的區(qū)別：

1.主要功能不一樣。雖然第三層交換機(jī)和路由器都有路由功能,，但不能劃等號(hào),。路由器不僅具有路由功能，還提供了交換機(jī)端口,、硬件防火墻等附加功能,，旨在使設(shè)備更加適用和實(shí)用。

第三層交換機(jī)也是如此,，其主要功能仍然是數(shù)據(jù)交換,，只是它有一些基本的路由功能。三層交換機(jī)具有數(shù)據(jù)交換和路由轉(zhuǎn)發(fā)兩種功能,，但其主要功能是數(shù)據(jù)交換,；路由器只有路由轉(zhuǎn)發(fā)的主要功能。

2.主要適用環(huán)境不同,。三層交換機(jī)的路由功能通常比較簡(jiǎn)單,，因?yàn)樗饕鎸?duì)簡(jiǎn)單的局域網(wǎng)連接。功能遠(yuǎn)沒(méi)有路由器復(fù)雜,。它在局域網(wǎng)中的主要用途是提供快速數(shù)據(jù)交換功能,，滿足局域網(wǎng)中頻繁數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用特點(diǎn)。

另一方面,，路由器則不同,。雖然它們也適用于局域網(wǎng)之間的連接，但是它們的路由功能更多的體現(xiàn)在不同類(lèi)型網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián),，比如局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的連接,，不同協(xié)議網(wǎng)絡(luò)之間的連接等等。它們的優(yōu)勢(shì)在于選擇最佳路由,、分擔(dān)負(fù)載,、備份鏈路以及與其他網(wǎng)絡(luò)交換路由信息。另外,，為了連接各種類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò),，路由器的接口類(lèi)型非常豐富，而三層交換機(jī)一般只有同類(lèi)型的局域網(wǎng)接口，非常簡(jiǎn)單,。

3.技術(shù)實(shí)現(xiàn)是不同的。路由器和第3層交換機(jī)在分組交換操作上有明顯的區(qū)別,。

路由器一般基于網(wǎng)絡(luò)處理器或多核路由引擎來(lái)執(zhí)行包交換,。

第3層交換機(jī)通過(guò)硬件執(zhí)行數(shù)據(jù)包交換。將第一個(gè)數(shù)據(jù)包路由到控制平面后,，第3層交換機(jī)將生成一個(gè)MAC地址和IP地址的映射表,，供數(shù)據(jù)平面查找。當(dāng)同一個(gè)數(shù)據(jù)流再次通過(guò)時(shí),，它會(huì)根據(jù)這個(gè)表通過(guò)這個(gè)表,，而不是再次發(fā)送到控制平面檢查路由(即“一個(gè)路由，多個(gè)交換”),。

提高了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的效率,。三層交換機(jī)的路由查找是針對(duì)數(shù)據(jù)流的，利用緩存技術(shù)和ASIC技術(shù)很容易實(shí)現(xiàn),，所以可以大大節(jié)約成本,，實(shí)現(xiàn)快速轉(zhuǎn)發(fā)。

但是路由器的轉(zhuǎn)發(fā)采用最長(zhǎng)匹配法,，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜,。一般用昂貴的網(wǎng)絡(luò)處理器或多核處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)，路由表數(shù)量龐大,，成本相當(dāng)高,。

第四，總結(jié)

第2層交換機(jī)用于小型局域網(wǎng),。在小型局域網(wǎng)中,，廣播數(shù)據(jù)包的影響很小。第二層交換機(jī)的快速交換功能,、多個(gè)接入端口和低廉的價(jià)格為小型網(wǎng)絡(luò)用戶提供了完美的解決方案,。

三層交換機(jī)最重要的功能是加快大型局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)，路由功能也是用于這個(gè)目的,。如果將大型網(wǎng)絡(luò)按照部門(mén),、區(qū)域等因素劃分成小型局域網(wǎng)，會(huì)導(dǎo)致大量的互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn),，單純使用二層交換機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)訪問(wèn),；

如果單純使用路由器，由于接口數(shù)量有限,，路由轉(zhuǎn)發(fā)速度慢,，網(wǎng)絡(luò)的速度和規(guī)模都會(huì)受到限制。因此，采用具有路由功能的快速轉(zhuǎn)發(fā)三層交換機(jī)是首選,。