二层交换机、三层交换机和路由器的原理及区别

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1、二层交换机:二层交换技术是发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据 包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口 记录在自己内部的一个地址表中具体如下：（1）当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这 样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上；（2）再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；（3）如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上。三层交换机：三层交换技术就是将路由技术与交换技术合二 为一的技术。在对第一个数据流进行路由后，它将会产生一个MAC地址与IP地 址的映射表，当同

2、样的数据流再次通过时，将根据此表直接从二层通过而不是再 次路由，从而消除了路由器进行路由选择而造成网络的延迟，提高了数据包转发 的效率。路由器：传统地，路由器工作于OSI七层协议中的第三层， 其主要任务是接收来自一个网络接口的数据包，根据其中所含的目的地址，决定 转发到下一个目的地址。因此，路由器首先得在转发路由表中查找它的目的地址， 若找到了目的地址，就在数据包的帧格前添加下一个MAC地址，同时IP数据包 头的TTL（Time To Live）域也开始减数，并重新计算校验和。当数据包被送到 输出端口时，它需要按顺序等待，以便被传送到输出链路上。路由器在工作时能够按照某种路由通信协议查找设备中

3、的路 由表。如果到某一特定节点有一条以上的路径，则基本预先确定的路由准则是选 择最优（或最经济）的传输路径。由于各种网络段和其相互连接情况可能会因环 境变化而变化，因此路由情况的信息一般也按所使用的路由信息协议的规定而定 时更新主要区别：二层交换机工作在数据链路层，三层交换机工作 在网络层，路由器工作在网络层。具体区别如下：二层交换机和三层交换机的区别: 三层交换机使用了三层交换技术简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术+三层转发技 术。它解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局 面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。什么是三层交换三层交换（也称多层交换

4、技术，或IP交换技术）是相对于传统 交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二 层一一数据链路层进行*作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了 数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术+三层转发技 术。三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段 中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的 网络瓶颈问题。其原理是：假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交 换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比 较，判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，

5、则进行二层的转发。若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信， 发送站A要向“缺省网关”发出ARP（地址解析）封包，而“缺省网关”的IP地 址其实是三层交换机的三层交换模块。当发送站A对“缺省网关”的IP地址广 播出一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的 MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。否则三层交换模块根据路由信息向 B站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址， 三层交换模块保存此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二层 交换引擎的MAC地址表中。从这以后，当A向B发送的数据包便全部交给二层交 换

6、处理，信息得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分 数据都通过二层交换转发，因此三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速度， 同时比相同路由器的价格低很多。第二层交换机和路由器的区别：传统交换机从网桥发展而来，属于OSI第二层即数据链路层设 备。它根据MAC地址寻址，通过站表选择路由，站表的建立和维护由交换机自动 进行。路由器属于OSI第三层即网络层设备，它根据IP地址进行寻址，通过路 由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速，由于交换机只须识别帧中MAC 地址，直接根据MAC地址产生选择转发端口算法简单，便于ASIC实现，因此转 发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问题

7、。1. 回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间 不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。 而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提 高可靠性。2. 负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在 一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。而路由器的路由协议算法可 以避免这一点，OSPF路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络 应用选择各自不同的最佳路由。3. 广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。 整个交换式网络就是一个大的广播域，广播报文散到整个交换式网络。而路由器 可以隔离广播域，广播报

8、文不能通过路由器继续进行广播。4. 子网划分：交换机只能识别MAC地址。MAC地址是物理地 址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据MAC地址来划分子网。而路由器识 别IP地址，IP地址由网络管理员分配，是逻辑地址且IP地址具有层次结构， 被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就 是用于连接不同的网络。5. 保密问题：虽说交换机也可以根据帧的源MAC地址、目的 MAC地址和其他帧中内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源IP地址、目的 IP地址、TCP端口地址等内容对报文实施过滤，更加直观方便。6. 介质相关：交换机作为桥接设备也能完成不同链路层和物 理层之间的转换

9、，但这种转换过程比较复杂，不适合ASIC实现，势必降低交换 机的转发速度。因此目前交换机主要完成相同或相似物理介质和链路协议的网络 互连，而不会用来在物理介质和链路层协议相差甚元的网络之间进行互连。而路 由器则不同，它主要用于不同网络之间互连，因此能连接不同物理介质、链路层 协议和网络层协议的网络。路由器在功能上虽然占据了优势，但价格昂贵，报文 转发速度低。近几年，交换机为提高性能做了许多改进，其中最突出的改进是虚 拟网络和三层交换。划分子网可以缩小广播域，减少广播风暴对网络的影响。路 由器每一接口连接一个子网，广播报文不能经过路由器广播出去，连接在路由器 不同接口的子网属于不同子网，子网范围

10、由路由器物理划分。对交换机而言，每 一个端口对应一个网段，由于子网由若干网段构成，通过对交换机端口的组合， 可以逻辑划分子网。广播报文只能在子网内广播，不能扩散到别的子网内，通过 合理划分逻辑子网，达到控制广播的目的。由于逻辑子网由交换机端口任意组合， 没有物理上的相关性，因此称为虚拟子网，或叫虚拟网。虚拟网技术不用路由器 就解决了广播报文的隔离问题，且虚拟网内网段与其物理位置无关，即相邻网段 可以属于不同虚拟网，而相隔甚远的两个网段可能属于不同虚拟网，而相隔甚远 的两个网段可能属于同一个虚拟网。不同虚拟网内的终端之间不能相互通信，增 强了对网络内数据的访问控制。第三层交换机和路由器的区别：在

11、第三层交换技术出现之前，几乎没有必要将路由功能器件 和路由器区别开来，他们完全是相同的:提供路由功能正在路由器的工作，然而， 现在第三层交换机完全能够执行传统路由器的大多数功能。作为网络互连的设备， 第三层交换机具有以下特征：1. 转发基于第三层地址的业务流；2. 完全交换功能；3. 可以完成特殊服务，如报文过滤或认证；4. 执行或不执行路由处理。第三层交换机与传统路由器相比有如下优点：1. 子网间传输带宽可任意分配：传统路由器每个接口连接一 个子网，子网通过路由器进行传输的速率被接口的带宽所限制。而三层交换机则 不同，它可以把多个端口定义成一个虚拟网，把多个端口组成的虚拟网作为虚拟 网接口，

12、该虚拟网内信息可通过组成虚拟网的端口送给三层交换机，由于端口数 可任意指定，子网间传输带宽没有限制。2. 合理配置信息资源：由于访问子网内资源速率和访问全局 网中资源速率没有区别，子网设置单独服务器的意义不大，通过在全局网中设置 服务器群不仅节省费用，更可以合理配置信息资源。3. 降低成本：通常的网络设计用交换机构成子网，用路由器 进行子网间互连。目前采用三层交换机进行网络设计，既可以进行任意虚拟子网 划分，又可以通过交换机三层路由功能完成子网间通信，为此节省了价格昂贵的 路由器。4. 交换机之间连接灵活：作为交换机，它们之间不允许存在 回路，作为路由器，又可有多条通路来提高可靠性、平衡负载。

13、三层交换机用生 成树算法阻塞造成回路的端口，但进行路由选择时，依然把阻塞掉的通路作为可 选路径参与路由选择。交换机和路由器是性能和功能的矛盾体，交换机交换速度快， 但控制功能弱，路由器控制性能强，但报文转发速度慢。解决这个矛盾的最新技 术是三层交换，既有交换机线速转发报文能力，又有路由器良好的控制功能。三层交换机与路由器的主要区别之所以有人搞不清三层交 换机和路由器之间的区别，最根本就是三层交换机也具有“路由”功能，与传统 路由器的路由功能总体上是一致的。虽然如此，三层交换机与路由器还是存在着 相当大的本质区别的，下面分别予以介绍。1. 主要功能不同虽然三层交换机与路由器都具有路由功 能，但我

14、们不能因此而把它们等同起来，正如现在许多网络设备同时具备多种传 统网络设备功能一样，就如现在有许多宽带路由器不仅具有路由功能，还提供了 交换机端口、硬件防火墙功能，但不能把它与交换机或者防火墙等同起来一样。 因为这些路由器的主要功能还是路由功能，其它功能只不过是其附加功能，其目 的是使设备适用面更广、使其更加实用。这里的三层交换机也一样，它仍是交换 机产品，只不过它是具备了一些基本的路由功能的交换机，它的主要功能仍是数 据交换。也就是说它同时具备了数据交换和路由由发两种功能，但其主要功能 还是数据交换；而路由器仅具有路由转发这一种主要功能。2. 主要适用的环境不一样三层交换机的路由功能通常比较

15、 简单，因为它所面对的主要是简单的局域网连接。正因如此，三层交换机的路由 功能通常比较简单，路由路径远没有路由器那么复杂。它用在局域网中的主要用 途还是提供快速数据交换功能，满足局域网数据交换频繁的应用特点。而路由 器则不同，它的设计初哀就是为了满足不同类型的网络连接，虽然也适用于局域 网之间的连接，但它的路由功能更多的体现在不同类型网络之间的互联上，如局 域网与广域网之间的连接、不同协议的网络之间的连接等，所以路由器主要是用 于不同类型的网络之间。它最主要的功能就是路由转发，解决好各种复杂路由路 径网络的连接就是它的最终目的，所以路由器的路由功能通常非常强大，不仅适 用于同种协议的局域网间，

16、更适用于不同协议的局域网与广域网间。它的优势在 于选择最佳路由、负荷分担、链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等等路 由器所具有功能。3. 性能体现不一样从技术上讲，路由器和三层交换机在数 据包交换操作上存在着明显区别。路由器一般由基于微处理器的软件路由引擎执 行数据包交换，而三层交换机通过硬件执行数据包交换。三层交换机在对第一个 数据流进行路由后，它将会产生一个MAC地址与IP地址的映射表，当同样的数 据流再次通过时，将根据此表直接从二层通过而不是再次路由，从而消除了路由 器进行路由选择而造成网络的延迟，提高了数据包转发的效率。同时，三层交换 机的路由查找是针对数据流的，它利用缓存技术，很容易利用ASIC技术来实现， 因此，可以大大节约成本，并实现快速转发。而路由器的转发采用最长匹配的方 式，实现复杂，通常使用软件来实现，转发效率较低。正因如此，从整体性能 上比较的话，三层交换机的性能要远优于路由器，非常适用于数据