1、二層交換機：二層交換技術是發展比較成熟， 二層交換機屬數據鏈路層設備，可以識別數據包中的 MAC地址信息，根據MACM址進行轉發，并將這些 MACM址與對應的端口記錄在自己部的一個地址表中具體如下：（1） 當交換機從某個端口收到一個數據包，它先讀取中的源 MAC地址，這樣它就知道源 MAC地址的機器是 連在哪個端口上；（2）再去讀取中的目的 MAC地址，并在地址表中查找相應的端口（3）如表中有與這目的 MAC地址對應的端口，把數據包直接復制到這端口上三層交換機：三層交換技術就是將路由技術與交換技術合二為一的技術。在對第一個數據流進行路由后，它將會產生一個 MAC地址與IP地址的映射表，當同樣的

2、數據流再次通過時，將根據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行路由選擇而造成網絡的延遲，提高了數據包轉發的效率路由器：傳統地，路由器工作于 OSI七層協議中的第三層， 其主要任務是接收來自一個網絡接口的數據包， 根據其中所含的目的地址，決定轉發到下一個目的地址。因此，路由器首先得在轉發路由表中查找它的目的地址，若找到了目的地址，就在數據包的幀格前添加下一個MAC地址，同時IP數據的TTL（Time To Live）域也開始減數，并重新計算校驗和。當數據包被送到輸出端口時，它需要按順序等待，以便被傳送到輸出 鏈路上。路由器在工作時能夠按照某種路由通信協議查找設備中的路由表。如果到

3、某一特定節點有一條以上的路徑，則基本預先確定的路由準則是選擇最優（或最經濟）的傳輸路徑。由于各種網絡段和其相互連接情況可能 會因環境變化而變化，因此路由情況的信息一般也按所使用的路由信息協議的規定而定時更新。主要區別：二層交換機工作在數據鏈路層，三層交換機工作在網絡層，路由器工作在網絡層具體區別如下:二層交換機和三層交換機的區別:三層交換機使用了三層交換技術三層交換（也稱多層交換技術，或 IP交換技術）是相對于傳統交換概念而提出的。眾所周知，傳統的交換 技術是在OSI網絡標準模型中的第二層一一數據鏈路層進行*作的，而三層交換技術是在網絡模型中的第三層實現了數據包的高速轉發。簡單地說，三層交換技

4、術就是：二層交換技術+三層轉發技術。三層交換技術的出現，解決了局域網中網段劃分之后，網段中子網必須依賴路由器進行管理的局面，解決 了傳統路由器低速、復雜所造成的網絡瓶頸問題。其原理是：假設兩個使用 IP協議的站點A、B通過第三層交換機進行通信，發送站點A在開始發送時，把自己的IP地址與B站的IP地址比較，判斷 B站是否與自己在同一子網。若目的站B與發送站A在同一子網，則進行二層的轉發。若兩個站點不在同一子網，如發送站A要與目的站B通信，發送站 A要向“缺省網關”發出ARP（地址解析）封包，而“缺省網關”的IP地址其實是三層交換機的三層交換模塊。當發送站 A對“缺省網關”的IP地址廣播出一個 A

5、RP請求時，如果三層交換模塊在以前的通信過程中已經知道B站的MAC地址，則向發送站A回復B的MACM址。否則三層交換模塊根據路由信息向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其 MAO址，三層交換模塊保存此地址并回復給發送站A,同時將B站的MAC地址發送到二層交換引擎的 MACM址表中。從這以后，當 A向B發送的數據包便全部交給二 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，絕大部分數據都通過二層交換 轉發，因此三層交換機的速度很快，接近二層交換機的速度，同時比相同路由器的價格低很多。第二層交換機和路由器的區別:由，站表的建立和維護由交換機自動進行

6、。路由器屬于OSI第三層即網絡層設備，它根據IP地址進行尋址，通過路由表路由協議產生。交換機最大的好處是快速，由于交換機只須識別幀中MAC地址，直接根據 MAC地址產生選擇轉發端口算法簡單，便于ASIC實現，因此轉發速度極高。 但交換機的工作機制也帶來一些問題。1. 回路：根據交換機地址學習和站表建立算法，交換機之間不允許存在回路。一旦存在回路，必須啟動生 成樹算法，阻塞掉產生回路的端口。而路由器的路由協議沒有這個問題，路由器之間可以有多條通路來平 衡負載，提高可靠性。2. 負載集中：交換機之間只能有一條通路，使得信息集中在一條通信鏈路上，不能進行動態分配，以平衡負載。而路由器的路由協議算法可

7、以避免這一點，OSPF路由協議算法不但能產生多條路由，而且能為不同的網絡應用選擇各自不同的最佳路由。3. 廣播控制：交換機只能縮小沖突域，而不能縮小廣播域。整個交換式網絡就是一個大的廣播域，廣播報 文散到整個交換式網絡。而路由器可以隔離廣播域，廣播報文不能通過路由器繼續進行廣播。4. 子網劃分：交換機只能識別 MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址結構，因此不能根據MAC地址來劃分子網。而路由器識別IP地址，IP地址由網絡管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有層次結構，被劃分成網絡號和主機號，可以非常方便地用于劃分子網，路由器的主要功能就是用于連接不同的網絡。5. 問題：雖說交換機

8、也可以根據幀的源MAC地址、目的MACM址和其他幀中容對幀實施過濾，但路由器根 據報文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等容對報文實施過濾，更加直觀方便。6. 介質相關：交換機作為橋接設備也能完成不同鏈路層和物理層之間的轉換，但這種轉換過程比較復雜，不適合ASIC實現，勢必降低交換機的轉發速度。因此目前交換機主要完成相同或相似物理介質和鏈路協議的網絡互連，而不會用來在物理介質和鏈路層協議相差甚元的網絡之間進行互連。而路由器則不同，它主 要用于不同網絡之間互連，因此能連接不同物理介質、鏈路層協議和網絡層協議的網絡。路由器在功能上雖然占據了優勢，但價格昂貴，報文轉發速度低。近幾年，交換機為

9、提高性能做了許多改進，其中最突出的改進是虛擬網絡和三層交換。劃分子網可以縮小廣播域，減少廣播風暴對網絡的影響。路由器每一接口連接一個子網，廣播報文不能經 過路由器廣播出去，連接在路由器不同接口的子網屬于不同子網，子網圍由路由器物理劃分。對交換機而 言，每一個端口對應一個網段，由于子網由若干網段構成，通過對交換機端口的組合，可以邏輯劃分子網。 廣播報文只能在子網廣播，不能擴散到別的子網，通過合理劃分邏輯子網，達到控制廣播的目的。由于邏 輯子網由交換機端口任意組合，沒有物理上的相關性，因此稱為虛擬子網，或叫虛擬網。虛擬網技術不用 路由器就解決了廣播報文的隔離問題，且虛擬網網段與其物理位置無關，即相

10、鄰網段可以屬于不同虛擬網,而相隔甚遠的兩個網段可能屬于不同虛擬網，而相隔甚遠的兩個網段可能屬于同一個虛擬網。不同虛擬網 的終端之間不能相互通信，增強了對網絡數據的訪問控制。交換機和路由器是性能和功能的矛盾體，交換機交換速度快，但控制功能弱，路由器控制性能強，但報文 轉發速度慢。解決這個矛盾的最新技術是三層交換，既有交換機線速轉發報文能力，又有路由器良好的控 制功能。第三層交換機和路由器的區別：在第三層交換技術出現之前，幾乎沒有必要將路由功能器件和路由器區別開來，他們完全是相同的：提供 路由功能正在路由器的工作，然而，現在第三層交換機完全能夠執行傳統路由器的大多數功能。作為網絡 互連的設備，第三

11、層交換機具有以下特征：1. 轉發基于第三層地址的業務流；2. 完全交換功能；3. 可以完成特殊服務，如報文過濾或認證；4. 執行或不執行路由處理第三層交換機與傳統路由器相比有如下優點:1. 子網間傳輸帶寬可任意分配：傳統路由器每個接口連接一個子網，子網通過路由器進行傳輸的速率被接 口的帶寬所限制。而三層交換機則不同，它可以把多個端口定義成一個虛擬網，把多個端口組成的虛擬網 作為虛擬網接口，該虛擬網信息可通過組成虛擬網的端口送給三層交換機，由于端口數可任意指定，子網 間傳輸帶寬沒有限制。2. 合理配置信息資源：由于訪問子網資源速率和訪問全局網中資源速率沒有區別，子網設置單獨服務器的 意義不大，通

12、過在全局網中設置服務器群不僅節省費用，更可以合理配置信息資源。3降低成本：通常的網絡設計用交換機構成子網，用路由器進行子網間互連。目前采用三層交換機進行網 絡設計，既可以進行任意虛擬子網劃分，又可以通過交換機三層路由功能完成子網間通信，為此節省了價 格昂貴的路由器。4.交換機之間連接靈活：作為交換機，它們之間不允許存在回路，作為路由器，又可有多條通路來提高可 靠性、平衡負載。三層交換機用生成樹算法阻塞造成回路的端口，但進行路由選擇時，依然把阻塞掉的通 路作為可選路徑參與路由選擇計算機網絡往往由許多種不同類型的網絡互連連接而成。如果幾個計算機網絡只是在物理上連接在一起， 它們之間并不能進行通信，

13、那么這種“互連”并沒有什么實際意義。因此通常在談到“互連”時，就已經 暗示這些相互連接的計算機是可以進行通信的，也就是說，從功能上和邏輯上看，這些計算機網絡已經組 成了一個大型的計算機網絡，或稱為互聯網絡，也可簡稱為互聯網、互連網。將網絡互相連接起來要使用一些中間設備（或中間系統），ISO的術語稱之為中繼（relay ）系統。根據中繼系統所在的層次，可以有以下五種中繼系統：1. 物理層（即常說的第一層、層L1 ）中繼系統，即轉發器（repeater ）。2. 數據鏈路層（即第二層，層L2）,即網橋或橋接器（bridge ）。3. 網絡層（第三層，層 L3）中繼系統，即路由器（router ）。

14、4. 網橋和路由器的混合物橋路器（brouter ）兼有網橋和路由器的功能當中繼系統是轉發器時， 一般不稱之為網絡互聯，因為這僅僅是把一個網絡擴大了，而這仍然是一個網絡。高層網關由于比較復雜，目前使用得較少。因此一般討論網絡互連時都是指用交換機和路由器進行互聯的 網絡。本文主要闡述交換機和路由器及其區別。2交換機和路由器“交換”是今天網絡里出現頻率最高的一個詞，從橋接到路由到ATM直至系統，無論何種場合都可將其套用，搞不清到底什么才是真正的交換。其實交換一詞最早出現于系統，特指實現兩個不同機之間話音信號 的交換，完成該工作的設備就是交換機。所以從本意上來講，交換只是一種技術概念，即完成信號由設

15、備 入口到出口的轉發。因此，只要是和符合該定義的所有設備都可被稱為交換設備。由此可見，“交換”是 一個涵義廣泛的詞語，當它被用來描述數據網絡第二層的設備時，實際指的是一個橋接設備；而當它被用 來描述數據網絡第三層的設備時，又指的是一個路由設備。我們經常說到的以太網交換機實際是一個基于網橋技術的多端口第二層網絡設備，它為數據幀從一個端口 到另一個任意端口的轉發提供了低時延、低開銷的通路。由此可見，交換機部核心處應該有一個交換矩陣，為任意兩端口間的通信提供通路，或是一個快速交換總 線，以使由任意端口接收的數據幀從其他端口送出。在實際設備中，交換矩陣的功能往往由專門的芯片（ASIC）完成。另外，以太

16、網交換機在設計思想上有一個重要的假設，即交換核心的速度非常之快，以致通常的大流量數據不會使其產生擁塞，換句話說，交換的能力相對于所傳信息量而無窮大（與此相反，ATM交換機在設計上的思路是，認為交換的能力相對所傳信息量而言有限）。雖然以太網第二層交換機是基于多端口網橋發展而來，但畢竟交換有其更豐富的特性，使之不但是獲得更 多帶寬的最好途徑，而且還使網絡更易管理。而路由器是OSI協議模型的網絡層中的分組交換設備（或網絡層中繼設備），路由器的基本功能是把數據（IP報文）傳送到正確的網絡，包括:1.IP數據報的轉發，包括數據報的尋徑和傳送;2. 子網隔離，抑制廣播風暴；IP報文轉發的基礎3. 維護路由

17、表，并與其他路由器交換路由信息，這是4.IP數據報的差錯處理及簡單的擁塞控制；5. 實現對IP數據報的過濾和記帳。交換機：交換的概念和原理:交換switchi ng是按照通信兩端傳輸信息的需要用人工或設備自動完成的方法， 把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術統稱。廣義的交換機switch 就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備在計算機網絡系統中，交換概念的提出是對于共享工作模式的改進。我們以前介紹過的HUB集線器就是一種共享設備，HUB本身不能識別目的地址，當同一局域網的A主機給B主機傳輸數據時，數據包在以 HUB為架構的網絡上是以廣播方式傳輸的，由每一臺終端通過驗證數據的地址信息

18、來確定是否接收。也就是說，在這種工作方式下，同一時刻網絡上只能傳輸一組數據幀的通訊，如果發生碰撞還得重試。這種方式就是 共享網絡帶寬。交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數據包以后， 處理端口會查找存中的地址對照表以確定目的MA（網卡的硬件地址） 的NIC（網卡）掛接在哪個端口上，通過部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口，目的MAC若不存在才廣播到所有的端口，接收端口回應后交換機會“學習”新的地址，并把它添加入部MAC地址表中。使用交換機也可以把網絡“分段”，通過對照MAC地址表，交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的

19、過濾和轉發，可以有效的隔離廣播風暴，減少誤包和錯包的出現，避免共享沖突交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數據傳輸。每一端口都可視為獨立的網段，連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競爭使用。當節點A向節點D發送數據時，節點 B可同時向節點C發送數據，而且這兩個傳輸都享有網絡的全部帶寬， 都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps 的以太網交換機，那么該交換機這時的總流通量就等于2xi0Mbps= 20Mbps,而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出 10Mbpso總之，交換機是一種基于 MAC地址識別，能完成封裝轉發數據包功能的網絡設備。

20、交換機可以“學習”MAC地址，并把其存放在部地址表中，通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。路由器：為了簡單地說明路由器的工作原理，現在我們假設有這樣一個簡單的網絡。如圖所示，A、B、C D四個網絡通過路由器連接在一起。現在我們來看一下在如圖所示網絡環境下路由器又是如何發揮其路由、數據轉發作用的。現假設網絡A中一個用戶A1要向C網絡中的C3用戶發送一個請求信號時，信號傳遞的步驟如下：第1步：用戶A1將目的用戶C3的地址C3,連同數據信息以數據幀的形式通過集線器或交換機以廣播的形 式發送給同一網絡中的所有節點，當路由器A5端口偵聽到這個地址后，

21、 分析得知所發目的節點不是本網段 的，需要路由轉發，就把數據幀接收下來。第2步：路由器A5端口接收到用戶 A1的數據幀后，先從報頭中取出目的用戶C3的IP地址，并根據路由表計算出發往用戶 C3的最佳路徑。因為從分析得知到 C3的網絡ID號與路由器的C5網絡ID號相同，所以 由路由器的A5端口直接發向路由器的 C5端口應是信號傳遞的最佳途經。第3步：路由器的C5端口再次取出目的用戶 C3的IP地址，找出C3的IP地址中的主機ID號，如果在網 絡中有交換機則可先發給交換機，由交換機根據MAC地址表找出具體的網絡節點位置；如果沒有交換機設備則根據其IP地址中的主機ID直接把數據幀發送給用戶 C3,這

22、樣一個完整的數據通信轉發過程也完成了。從上面可以看出，不管網絡有多么復雜，路由器其實所作的工作就是這么幾步，所以整個路由器的工作原理基本都差不多。當然在實際的網絡中還遠比上圖所示的要復雜許多，實際的步驟也不會像上述那么簡單，但總的過程是這樣的。為了適應網絡應用深化帶來的挑戰，網絡在規模和速度方向都在急劇發展，局域網的速度已從最初的10Mbit/s 提高到100Mbit/s，目前千兆以太網技術已得到普遍應用。在網絡結構方面也從早期的共享介質的局域網發展到目前的交換式局域網。交換式局域網技術使專用的帶寬為用戶所獨享，極大的提高了局域網傳輸的效率。可以說，在網絡系統集成的技術中，直接面向用戶的第一層

23、接口和第二層交換技術方面已得到令人滿意的答案。但是，作為網絡核心、起到網間互連作用的路由器技術卻 沒有質的突破。在這種情況下，一種新的路由技術應運而生，這就是第三層交換技術：說它是路由器，因為它可操作在網絡協議的第三層，是一種路由理解設備并可起到路由決定的作用；說它是交換器，是因為它的速度極快，幾乎達到第二層交換的速度。二層交換機、三層交換機和路由器這三種技術究竟誰優誰劣，它們各自適用在什么環境？為了解答這問題，我們先從這三種技術的工作原理入手：1.二層交換技術二層交換機是數據鏈路層的設備，它能夠讀取數據包中的MAC地址信息并根據 MAC地址來進行交換。交換機部有一個地址表，這個地址表標明了M

24、AC地址和交換機端口的對應關系。當交換機從某個端口收到一個數據包，它首先讀取中的源 MAC地址，這樣它就知道源 MAC地址的機器是連在哪個端口上的， 它再去 讀取中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應的端口， 如果表中有與這目的 MAC地址對應 的端口，則把 數據包直接復制到這端口上，如果在表中找不到相應的端口則把數據包廣播到所有端口上，當目的機器對源機器回應時，交換機又可以學習一目的MAC地址與哪個端口對應，在下次傳送數據時就不再需要對所有端口進行廣播了。二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。由于二層交換機一般具有很寬的交換總線帶寬，所以可以同時為很多端口進行數據交換。如果二層交換機

25、有N個端口，每個端口的帶寬是M而它的交換機總線帶寬超過NX M那么這交換機就可以實現線速交換。二層交換機對廣播包是不做限制的，把廣播包復制到 所有端口上。二層交換機一般都含有專門用于處理數據包轉發的ASIC (Applicatio n specific In tegrated Circuit)芯片，因此轉發速度可以做到非常快。2.路由技術路由器是在OSI七層網絡模型中的第三層一一網絡層操作的。路由器部有一個路由表，這表標明了如果要去某個地方，下一步應該往哪走。路由器從某個端口收到一個 數據包，它首先把鏈路層的去掉(拆包)，讀取 目的IP地址，然后查找路由表，若能確定下一步往哪送,則再加上鏈路層

26、的（打包），把該數據包轉發出去；如果不能確定下一步的地址，則向源地址返回一個信息，并把這個數據包丟掉。路由技術和二層交換看起來有點相似，其實路由和交換之間的主要區別就是交換發生在OSI參考模型的第二層（數據鏈路層），而路由發生在第三層。這一區別決定了路由和交換在傳送數據的過程中需要使用不 同的控制信息，所以兩者實現各自功能的方式是不同的。路由技術其實是由兩項最基本的活動組成，即決定最優路徑和傳輸數據包。其中，數據包的傳輸相對較為簡單和直接，而路由的確定則更加復雜一些。路由算法 在路由表中寫入各種不同的信息，路由器會根據數據包所要到達的目的地選擇最佳路徑把數據包發送到可以到達該目的地的下一臺路由

27、器處。當下一臺路由 器接收到 該數據包時，也會查看其目標地址，并使用合適的路徑繼續傳送給后面的路由器。依次類推，直 到數據包到達最終目的地。路由器之間可以進行相互通訊，而且可以通過傳送不同類型的信息維護各自的路由表。路由更新信息主是這樣一種信息，一般是由部分或全部路由表組成。通過 分析其它路由器發出的路由更新信息，路由器可以掌握整個網絡的拓撲結構。鏈路狀態廣播是另外一種在路由器之間傳遞的信息，它可以把信息發送方的鏈路狀態及 進的通知給其它路由器。3. 三層交換技術一個具有第三層交換功能的設備是一個帶有第三層路由功能的第二層交換機，但它是二者的有機結合，并不是簡單的把路由器設備的硬件及軟件簡單地

28、疊加在局域網交換機上。從硬件上看，第二層交換機的接口模塊都是通過高速背板/總線（速率可高達幾十 Gbit/s ）交換數據的，在第三層交換機中，與路由器有關的第三層路由硬件模塊也插接在高速背板/總線上，這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊間高速的交換數據，從而突破了傳統的外接路由器接口速率的限制。在軟件方 面，第三層交換機也有重大的舉措，它將傳統的基于軟件的路由器軟件進行了界定。其做法是：對于數據包的轉發：如IP/IPX包的轉發，這些規律的過程通過硬件得以高速實現。對于第三層路由軟件：如路由信息的更新、路由表維護、路由計算、路由的確定等功能，用優化、高效的 軟件實現。假設兩個使用IP協議

29、的機器通過第三層交換機進行通信的過程，機器A在開始發送時，已知目的IP地址，但尚不知道在局域網上發送所需要的MAC地址。 要采用地址解析（ARP來確定目的 MAC地址。機器A把自己的IP地址與目的IP地址比較，從其軟件中配置的子網掩碼提取出網絡地址來確定目的機器是否與自己在同一子網。若目的機器 B與機器A在同一子網，A廣播一個ARP青求，B返回其MACM址，A得到目的 機器B的MAC地址后將這一地址緩存起 來，并用此MAC地址封包轉發數據，第二層交換模塊查找 MAC*址 表確定將數據包發向目的端口。 若兩個機器不在同一子網，如發送機器A要與目的機器 C通 信，發送機器A要向“缺省網關”發出 ARP包，而“缺省網關”的IP地址已經在系統軟件中設置。這個IP地址實際上對應第三層交換機的第三層交換模塊。所以當發送機器A對“缺省網關”的IP地址廣播出一個 ARP請求時，若第三層交換模塊在以往的通信過程中已得到目的機器C的MAC地址，則向發送機器 A回復C的MAC地址；否則第三層交換模塊根據路由信息向目的機器廣播一個ARP請求，目的機器 C得到此ARP請示后向第三層交換模塊回復其 MACM址，第三層 交換模塊保存此地址并回復給發送機器A。以后，當再進行 A與C之間數據包轉發進，將用最終的目的機器的MAC地址封裝，數據轉發過程全部交給第二層交換處理，信息得以高速交