三层交换机与路由器的比较

三层交换机与路由器的比较 2007-10-10 19:57:39标签：交换机 路由器 推送到技术圈 为了适应网络应用深化带来的挑战，网络在规模和速度方向都在急剧发展，局域网的速度已从最初的 10Mbit/s 提高到 100Mbit/s，目前千兆以太网技术已得到普遍应用。被屏蔽广告在网络结构方面也从早期的共享介质的局域网发展到目前的交换式局域网。交换式局域网技术使专用的带宽为用户所独享，极大的提高了局域网传输的效率。可以说，在网络系统集成的技术中，直接面向用户的第一层接口和第二层交换技术方面已得到令人满意的答案。但是，作为网络核心、起到网间互连作用的路由器技术却没有质的突破。在这种情况下，一种新的路由技术应运而生，这就是第三层交换技术：说它是路由器，因为它可操作在网络协议的第三层，是一种路由理解设备并可起到路由决定的作用；说它是交换器，是因为它的速度极快，几乎达到第二层交换的速度。二层交换机、三层交换机和路由器这三种技术究竟谁优谁劣，它们各自适用在什么环境？为了解答这问题，我们先从这三种技术的工作原理入手：1.二层交换技术二层交换机是数据链路层的设备，它能够读取数据包中的 MAC 地址信息并根据 MAC地址来进行交换。交换机内部有一个地址表，这个地址表标明了 MAC 地址和交换机端口的对应关系。当交换机从某个端口收到一个数据包，它首先读取包头中的源 MAC 地址，这样它就知道源 MAC 地址的机器是连在哪个端口上的，它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，如果表中有与这目的 MAC 地址对应的端口，则把数据包直接复制到这端口上，如果在表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目的 MAC 地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。由于二层交换机一般具有很宽的交换总线带宽，所以可以同时为很多端口进行数据交换。如果二层交换机有 N 个端口，每个端口的带宽是 M，而它的交换机总线带宽超过 N×M，那么这交换机就可以实现线速交换。二层交换机对广播包是不做限制的，把广播包复制到所有端口上。二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的 ASIC （Application specific Integrated Circuit）芯片，因此转发速度可以做到非常快。 2.路由技术路由器是在 OSI 七层网络模型中的第三层网络层操作的。路由器内部有一个路由表，这表标明了如果要去某个地方，下一步应该往哪走。路由器从某个端口收到一个数据包，它首先把链路层的包头去掉（拆包），读取目的 IP 地址，然后查找路由表，若能确定下一步往哪送，则再加上链路层的包头（打包），把该数据包转发出去；如果不能确定下一步的地址，则向源地址返回一个信息，并把这个数据包丢掉。路由技术和二层交换看起来有点相似，其实路由和交换之间的主要区别就是交换发生在 OSI 参考模型的第二层（数据链路层），而路由发生在第三层。这一区别决定了路由和交换在传送数据的过程中需要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。路由技术其实是由两项最基本的活动组成，即决定最优路径和传输数据包。其中，数据包的传输相对较为简单和直接，而路由的确定则更加复杂一些。路由算法在路由表中写入各种不同的信息，路由器会根据数据包所要到达的目的地选择最佳路径把数据包发送到可以到达该目的地的下一台路由器处。当下一台路由器接收到该数据包时，也会查看其目标地址，并使用合适的路径继续传送给后面的路由器。依次类推，直到数据包到达最终目的地。路由器之间可以进行相互通讯，而且可以通过传送不同类型的信息维护各自的路由表。路由更新信息主是这样一种信息，一般是由部分或全部路由表组成。通过分析其它路由器发出的路由更新信息，路由器可以掌握整个网络的拓扑结构。链路状态广播是另外一种在路由器之间传递的信息，它可以把信息发送方的链路状态及进的通知给其它路由器。 3.三层交换技术一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单的把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。从硬件上看，第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线（速率可高达几十 Gbit/s）交换数据的，在第三层交换机中，与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速的交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制。在软件方面，第三层交换机也有重大的举措，它将传统的基于软件的路由器软件进行了界定。其做法是：对于数据包的转发：如 IP/IPX 包的转发，这些规律的过程通过硬件得以高速实现。对于第三层路由软件：如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实现。 假设两个使用 IP 协议的机器通过第三层交换机进行通信的过程，机器 A 在开始发送时，已知目的 IP 地址，但尚不知道在局域网上发送所需要的 MAC 地址。要采用地址解析（ARP）来确定目的 MAC 地址。机器 A 把自己的 IP 地址与目的 IP 地址比较，从其软件中配置的子网掩码提取出网络地址来确定目的机器是否与自己在同一子网内。若目的机器B 与机器 A 在同一子网内，A 广播一个 ARP 请求，B 返回其 MAC 地址，A 得到目的机器B 的 MAC 地址后将这一地址缓存起来，并用此 MAC 地址封包转发数据，第二层交换模块查找 MAC 地址表确定将数据包发向目的端口。若两个机器不在同一子网内，如发送机器A 要与目的机器 C 通信，发送机器 A 要向“缺省网关”发出 ARP 包，而“缺省网关”的 IP 地址已经在系统软件中设置。这个 IP 地址实际上对应第三层交换机的第三层交换模块。所以当发送机器 A 对“ 缺省网关” 的 IP 地址广播出一个 ARP 请求时，若第三层交换模块在以往的通信过程中已得到目的机器 C 的 MAC 地址，则向发送机器 A 回复 C 的 MAC 地址；否则第三层交换模块根据路由信息向目的机器广播一个 ARP 请求，目的机器 C 得到此 ARP请示后向第三层交换模块回复其 MAC 地址，第三层交换模块保存此地址并回复给发送机器 A。以后，当再进行 A 与 C 之间数据包转发进，将用最终的目的机器的 MAC 地址封装，数据转发过程全部交给第二层交换处理，信息得以高速交换。既所谓的一次选路，多次交换。 第三层交换具有以下突出特点： 有机的硬件结合使得数据交换加速； 优化的路由软件使 得路由过程效率提高； 除了必要的路由决定过程外，大部分数据转发过程由第二层交换处理； 多个子网互连时只是与第三层交换模块的逻辑连接，不象传统的外接路由器那样需增加端口，保护了用户的投资。 4.三种技术的对比 可以看出，二层交换机主要用在小型局域网中，机器数量在二、三十台以下，这样的网络环境下，广播包影响不大，二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低廉价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。在这种小型网络中根本没必要引入路由功能从而增加管理的难度和费用，所以没有必要使用路由器，当然也没有必要使用三层交换机。 三层交换机是为 IP 设计的，接口类型简单，拥有很强二层包处理能力，所以适用于大型局域网，为了减小广播风暴的危害，必须把大型局域网按功能或地域等因素划他成一个一个的小局域网，也就是一个一个的小网段，这样必然导致不同网段这间存在大量的互访，单纯使用二层交换机没办法实现网间的互访而单纯使用路由器，则由于端口数量有限，路由速度较慢，而限制了网络的规模和访问速度，所以这种环境下，由二层交换技术和路由技术有机结合而成的三层交换机就最为适合。 路由器端口类型多，支持的三层协议多，路由能力强，所以适合于在大型网络之间的互连，虽然不少三层交换机甚至二层交换机都有异质网络的互连端口，但一般大型网络的互连端口不多，互连设备的主要功能不在于在端口之间进行快速交换，而是要选择最佳路径，进行负载分担，链路备份和最重要的与其它网络进行路由信息交换，所有这些都是路由完成的功能。在这种情况下，自然不可能使用二层交换机，但是否使用三层交换机，则视具体情况而下。影响的因素主要有网络流量、响应速度要求和投资预算等。三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，揉合进去的路由功能也是为这目的服务的，所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。在网络流量很大的情况下，如果三层交换机既做网内的交换，又做网间的路由，必然会大大加重了它的负担，影响响应速度。在网络流量很大，但又要求响应速度很高的情况下由三层交换机做网内的交换，由路由器专门负责网间的路由工作，这样可以充分发挥不同设备的优势，是一个很好的配合。当然，如果受到投资预算的限制，由三层交换机兼做网间互连，也是个不错的选择。（FengNet.Com）三层交换机与路由器的主要区别 2007-09-19 19:13:07标签：交换机 路由器 推送到技术圈 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，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。为了与各种类型的网络连接，路由器的接口类型非常丰富，而三层交换机则一般仅同类型的局域网接口，非常简单。 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，非常适用于数据交换频繁的局域网中；而路由器虽然