三層交換機與路由器的比較 在大型（xíng）局域網（wǎng）中，這種功能體現很完美，對掌握（wò）三層交換機很有幫助，但現在有些廠（chǎng）家（jiā）的交換（huàn）機也可以直（zhí）接接（jiē）Internet提供路由器功能（néng）。

三層交換機（jī）與路由（yóu）器的（de）比較（jiào）

為了適應網絡（luò）應用深化帶來（lái）的挑戰，網絡在規模和（hé）速度方向都在急（jí）劇發展，局域（yù）網的速度已從最初（chū）的10Mbit/s 提（tí）高到（dào）100Mbit/s,目前千兆以太網技術已得到普遍應（yīng）用（yòng）。

在網絡結構方麵也（yě）從早期的共享介（jiè）質的（de）局域網發展（zhǎn）到目前（qián）的交換式局域網。交換式局域（yù）網技術使專用的帶寬為用戶（hù）所獨享，極（jí）大的提高了局域網（wǎng）傳輸（shū）的（de）效率（lǜ）。可（kě）以 說（shuō），在網絡係統集成的技術中，直接麵向用戶的（de）第（dì）一層接口和第二層交換技（jì）術方麵已得到令人滿意的答（dá）案。但是，作為網絡核心、起到網（wǎng）間（jiān）互連作用的路由（yóu）器技術卻（què） 沒有（yǒu）質的突破。在這種情（qíng）況下，一種（zhǒng）新的（de）路由技術應運而生，這就是第三層交換技術：說（shuō）它是路由器，因（yīn）為它可（kě）操作在網（wǎng）絡協議（yì）的第（dì）三層（céng），是一種路由理解（jiě）設備並可 起到路由決定的作（zuò）用;說它是交換器，是因為（wéi）它的速度極快，幾乎達（dá）到第二層交換（huàn）的（de）速度（dù）。二（èr）層交換機、三層交（jiāo）換機（jī）和（hé）路（lù）由器這三種技術究竟（jìng）誰優（yōu）誰劣，它們各（gè）自適 用在什麽環境?為了解答這問題，我（wǒ）們先從（cóng）這三種技術（shù）的工作原（yuán）理入手：

1.二層交換技（jì）術

二層交（jiāo）換機是（shì）數（shù）據（jù）鏈路層的設備，它（tā）能夠讀取數據包中（zhōng）的MAC地址信息並根據MAC地址來進（jìn）行交換。

交換（huàn）機內部有一個地址表，這個地址表（biǎo）標明了MAC地（dì）址和交（jiāo）換機端（duān）口的對（duì）應關係。當交換（huàn）機從某（mǒu）個端口收到一個數據（jù）包（bāo），它首先讀取包頭中的源MAC地址，這（zhè） 樣它就知道源MAC地址的機（jī）器是連在哪個端口上的，它再去（qù）讀取包頭（tóu）中的目（mù）的MAC地址，並在地（dì）址表中查找相（xiàng）應的（de）端口，如果表中（zhōng）有與（yǔ）這（zhè）目的MAC地（dì）址對應的 端（duān）口，則把數（shù）據包直接複製到這端（duān）口上（shàng），如果在表中找不到相（xiàng）應的端口則把數據包廣播到所（suǒ）有端口上（shàng），當目的機器對源機器回應時，交換機又（yòu）可以學習一目（mù）的MAC 地址（zhǐ）與哪個端口（kǒu）對應，在下次傳送數據時就不（bú）再需要對所有端口進行廣播了。

二（èr）層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。由（yóu）於二層交（jiāo）換 機一般具有很寬的交換總線帶（dài）寬，所以可以同時（shí）為很（hěn）多端口（kǒu）進行數據交換（huàn）。如果二層交換機有N個端口，每個（gè）端口的帶寬是（shì）M,而它的交換機總線帶寬超過N×M, 那麽這交換（huàn）機（jī）就可（kě）以實（shí）現線（xiàn）速交（jiāo）換。二層交換機對廣播包是不做限製（zhì）的，把廣播包複製到所有端口上。

二層交換機一（yī）般都含有（yǒu）專門用於處理數據包轉發（fā）的（de）ASIC (Application specific Integrated Circuit)芯片，因此轉發速（sù）度可以（yǐ）做到非常快（kuài）。

2.路由技術

路由器是（shì）在OSI七層網絡模型中的（de）第三層--網（wǎng）絡（luò）層（céng）操作的。

路（lù）由器內部有一個路由表，這表標明了如（rú）果要去某個地方，下一（yī）步（bù）應該（gāi）往哪走。路由器從某個端口（kǒu）收（shōu）到（dào）一個數據包（bāo），它首先把鏈路層的（de）包頭去掉（diào）(拆（chāi）包)，讀取（qǔ）目 的IP地址，然後查找（zhǎo）路（lù）由表，若能確定下一（yī）步往哪送（sòng），則再加上鏈路層的包頭(打包)，把該數據包轉發出去;如果不能確定（dìng）下一步的（de）地址，則向（xiàng）源（yuán）地址返回一個 信息，並把這個數據包丟掉。

路由技術和二層交換看起（qǐ）來（lái）有點（diǎn）相似，其實路（lù）由（yóu）和交換之間（jiān）的（de）主要區別就（jiù）是（shì）交換發生在OSI參考模型的第二（èr）層（céng）(數據（jù）鏈（liàn）路層（céng）)，而（ér）路由發（fā）生在（zài）第三層。這一區（qū）別決定（dìng）了（le）路由（yóu）和交換在（zài）傳（chuán）送數據的過程中需要（yào）使用（yòng）不同的控製信息，所以（yǐ）兩者實現各自功能的方式（shì）是不同的。

路由技術其實是由兩項最基本的活動組成，即決定最優路（lù）徑和傳輸數據包。其中，數（shù）據包的（de）傳輸相對較為簡單和直接，而路（lù）由的確定則更加（jiā）複雜一些。路由算法在 路由表中（zhōng）寫（xiě）入各種不同的信息，路由器會根據（jù）數據包所要到達的（de）目的地選擇（zé）最佳路徑把數（shù）據包發送到可以到達該（gāi）目的地的下（xià）一台路由器處。當（dāng）下一台路由器接（jiē）收到該 數據包時，也會（huì）查看其目標地址，並使用合適（shì）的路徑繼續傳送給後麵的路由器（qì）。依（yī）次（cì）類推，直到（dào）數據包到達最（zuì）終目的地。

路由器之間可以進（jìn）行（háng） 相互通訊，而且可以通過傳送不同類（lèi）型的（de）信息維護各自的（de）路由表。路由更新（xīn）信息主是這樣一（yī）種（zhǒng）信息，一般是由（yóu）部分或全部路由表組成。通過分析其（qí）它路由器（qì）發（fā）出（chū）的路 由更新信息（xī），路由器（qì）可以掌握整（zhěng）個網絡的拓撲結構（gòu）。鏈路（lù）狀態廣播是（shì）另（lìng）外一種在路由器之間傳遞的信息，它（tā）可以把信息發送方（fāng）的鏈路狀態及進的通知（zhī）給其它路由器。

3.三層交換技術

一個（gè）具有第三層交換功能（néng）的設備是一個帶有第三層路由功（gōng）能的第二（èr）層交（jiāo）換機，但它是二者的有（yǒu）機結合，並不是簡單的把路（lù）由器設備的硬件及（jí）軟件（jiàn）簡單（dān）地疊加在局（jú）域網交換（huàn）機上。

從（cóng）硬件上（shàng）看，第二層交換機的接口模塊都是通過高速（sù）背板/總線（xiàn）(速率可高達幾十（shí）Gbit/s)交換數據的，在第三層交換機中，與路（lù）由器有關的第三（sān）層路由硬（yìng） 件模塊也插（chā）接在高速背板（bǎn）/總線上，這種方式使得路由模塊（kuài）可以與（yǔ）需要路由（yóu）的其（qí）他模塊間高速的交換（huàn）數據，從而突破了傳統的外接路由器接口速率的限製。在軟件方 麵，第三層交換機也有重大的舉措，它將傳統的基於（yú）軟件的路由器軟件進行了界定。

其（qí）做法是：

對於數據包的轉發：如IP/IPX包的轉（zhuǎn）發，這些（xiē）規（guī）律的過程通過硬件得以（yǐ）高速實現（xiàn）。

對於第（dì）三（sān）層路由軟件：如路（lù）由信息的更新、路由表維護、路（lù）由計算、路由的確定等功能，用（yòng）優化（huà）、高效的軟件實現。

假（jiǎ）設兩個（gè）使用IP協議的機器（qì）通過（guò）第三層交（jiāo）換機（jī）進（jìn）行通信（xìn）的過程，機器A在（zài）開始發送時，已知目的IP地址，但尚不知道在局域網（wǎng）上發送所需（xū）要的MAC地址。要 采（cǎi）用地址解析(ARP)來確（què）定目的MAC地址。機器A把自己的IP地址（zhǐ）與目的IP地址比較，從其軟件中（zhōng）配置的子網掩碼提取（qǔ）出網絡地址來確定（dìng）目的機器（qì）是否與 自己（jǐ）在同一子網內（nèi）。若目（mù）的（de）機（jī）器B與機（jī）器A在同一子網內，A廣播一個（gè）ARP請求，B返回（huí）其MAC地址，A得到目的機（jī）器B的MAC地（dì）址後將（jiāng）這（zhè）一地（dì）址（zhǐ）緩存（cún）起來， 並用此MAC地址封包轉（zhuǎn）發數據，第二層交換模塊查找（zhǎo）MAC地址表確（què）定將數據（jù）包發向目的端口。若兩個（gè）機器不在同（tóng）一子網內，如發（fā）送機器A要與目的機器（qì）C通信， 發（fā）送（sòng）機器（qì）A要向“缺省網關”發（fā）出（chū）ARP包，而“缺省網關”的IP地址已經（jīng）在係統軟件中設置。這個IP地址實際上對應第三層交（jiāo）換機的第三層交（jiāo）換模塊。所以當 發送機器A對“缺（quē）省網關”的IP地（dì）址（zhǐ）廣（guǎng）播出一個ARP請求時，若第三層（céng）交（jiāo）換（huàn）模塊在以（yǐ）往的通信過程中已得（dé）到目的機器C的MAC地址，則向發送機器A回複C的 MAC地址;否則第三層交換模塊根據路由信息向目（mù）的（de）機器廣播一個ARP請求，目的機（jī）器C得到此ARP請示後向第三（sān）層交（jiāo）換模塊回複（fù）其MAC地址（zhǐ），第（dì）三層交換 模塊（kuài）保存此地址並回複給發送機器A.以後，當再（zài）進行A與（yǔ）C之間數據包轉發進，將（jiāng）用最（zuì）終的目（mù）的機器的MAC地址封裝，數（shù）據轉發過程全部交給第（dì）二（èr）層交換處理， 信息得以高速交換（huàn）。既所謂的一（yī）次選路，多（duō）次交換。

第三層（céng）交換具有以下突出（chū）特點：

有機的硬件結合使得數據交換加（jiā）速（sù）;

優化的路由軟件使（shǐ） 得路由過程效（xiào）率（lǜ）提高;

除了必要的路由決定過程外（wài），大（dà）部分數據轉發過程由第（dì）二層交換處理;

多（duō）個子網（wǎng）互連時隻是與第（dì）三層（céng）交（jiāo）換模塊的邏輯連接（jiē），不象傳統（tǒng）的外接路（lù）由器那樣（yàng）需增加端口，保護了用戶的投資。

4.三種技術的（de）對（duì）比（bǐ）

可以看（kàn）出，二層交換機主要用在小型局域（yù）網（wǎng）中，機器數（shù）量（liàng）在二、三十台以下，這樣的網絡環境下，廣播包（bāo）影響不大，二（èr）層（céng）交換機的快速交（jiāo）換功能、多個接入端口和 低廉價格為小型網絡用戶提供了很完（wán）善的解決方案（àn）。在這（zhè）種小型網絡中根本沒（méi）必要引入路由（yóu）功能從（cóng）而增加（jiā）管理的（de）難度和費用，所以沒有（yǒu）必要使用（yòng）路（lù）由器，當（dāng）然也沒（méi）有 必要使用三層交換機。

三層交換機是（shì）為IP設計的，接口類型簡單，擁有很強二層（céng）包處理（lǐ）能力，所以適（shì）用於（yú）大型局（jú）域網（wǎng），為了減小廣播風暴的 危害，必須把大（dà）型局（jú）域網按功能或地域等因素劃他成一個一（yī）個的（de）小局域網（wǎng），也就是一個（gè）一個的小網段，這樣必然導（dǎo）致不同網段這（zhè）間存在大量的互訪，單純使用二層交 換機沒（méi）辦法實現網間的互訪而單純使用路由器，則由於端口數量有限，路由速度（dù）較慢，而限製了網絡的規模和訪問速度，所以這（zhè）種（zhǒng）環境下，由二層交（jiāo）換技術和路由（yóu）技 術有機結合而成的三層交換機就最為（wéi）適合。

路（lù）由器端口類（lèi）型多，支（zhī）持的三層協議多，路由能力（lì）強，所以適合於在大型網（wǎng）絡之間的（de）互連，雖然不 少三層交換機甚（shèn）至二層交（jiāo）換機都有異質網絡的（de）互連端口，但一般大型網絡的互連端口不多（duō），互連（lián）設備的主要（yào）功能不在於（yú）在端口之間（jiān）進行（háng）快速交換，而（ér）是要選（xuǎn）擇最佳路（lù） 徑（jìng），進行負載分擔，鏈路備份和最重要的（de）與其它網絡進行（háng）路由信息交換（huàn），所有這些都（dōu）是路（lù）由完成的（de）功能。

在這（zhè）種情況下（xià），自然不可能使（shǐ）用二層 交換（huàn）機，但是（shì）否使（shǐ）用三層交換（huàn）機，則視（shì）具體情況而下。影響（xiǎng）的因（yīn）素（sù）主要有網（wǎng）絡流量、響應速度（dù）要求和投（tóu）資預算等。三層（céng）交換機的最重要目（mù）的是（shì）加快大型局域網內部的 數據交換，揉合進去（qù）的路由功（gōng）能也是為這目的服（fú）務的，所（suǒ）以它（tā）的路由功（gōng）能沒有（yǒu）同一檔次的（de）專業（yè）路由器強。在（zài）網（wǎng）絡流量很大的情況下，如果三層交換機既做網內的交 換，又做網（wǎng）間的路由，必然會大大加重（chóng）了它的負（fù）擔，影（yǐng）響響應（yīng）速（sù）度。在網絡流量很大，但（dàn）又要（yào）求響應速度很高的情（qíng）況（kuàng）下由（yóu）三層交換（huàn）機（jī）做網內（nèi）的交換，由路（lù）由器專門負 責網（wǎng）間的路由工作（zuò），這樣（yàng）可以充分（fèn）發（fā）揮（huī）不同設備（bèi）的優（yōu）勢（shì），是一個很好（hǎo）的配合。當然，如果受（shòu）到（dào）投資預算的限製，由三層交換機兼做網（wǎng）間（jiān）互連，也是個不錯的選擇（zé）。