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一篇文章看懂交换机和路由器的功能区别

摘要: 计算机网络由不同类型的网络相互连接而成,如果几个计算机只是简单地连接在一起是无法进行通信的,因此当我们谈到计算机“互联”时,其实说的是这相互连接的计算机已经可以进行通信了。也就是说,从功能上看在,这几 ...

计算机网络由不同类型的网络相互连接而成,如果几个计算机只是简单地连接在一起是无法进行通信的,因此当我们谈到计算机“互联”时,其实说的是这相互连接的计算机已经可以进行通信了。也就是说,从功能上看在,这几台计算机已经组成另一个大型计算机网络,已经有了意义。

一、中继

将这些设备相互连接起来的设备称为中继,根据中继系统所在层次,我们常说的中继有以下几种:

1. 物理层,转发器,一层

2. 数据链路层,网桥,二层

3. 网络层,路由器,三层

4. 网桥和路由器的混合桥路,兼有网桥和路由器的功能

5. 网络层以上的中继系统,网关

当只有中继系统的时候,我们一般不说网络互联,因为只是把网络扩大了,这仍然是一个网络。当高层网关复杂的时候,用的比较少,我们在讨论的时候,一般都是指交换机和路由器进行互联的挽留过。因此,我们今天讨论一下交换机和路由器的区别。

二、交换机和路由器的定义

交换是一个技术概念,也就是完成信号从设备入口到出口的转发,当用来描述数据网络第二层的设备时,它就是一个桥接设备;如果是用来描述数据网络第三层设备,它就是一个路由设备。

我们常说的交换机是指以太网交换机,这其实就是一个基于网桥技术的多端口第二层网络设备,它为数据帧从一个端口到另一个端口的转发提供了低时延、低销路的通路。也就是说交换机的内部核心是一个交换矩阵,为任意两个端口之间的通信提供通路,从而让任意端口接收的数据帧从其他端口送出。

路由器是OSI协议模型的网络层中的分组交换设备,它的功能就是把数据传送到正确的网络,这个过程包括:

1. IP数据报的转发;

2. 子网隔离,抑制广播(主机之间“一对所有”的通讯模式,网络对其中每一台主机发出的信号都进行无条件复制并转发,所有主机都可以接收到所有信息,不管你是否需要)风暴;

3. 维护路由表,并与其他路由器交换路由信息;

4. IP数据报的差错处理和简单的拥塞抑制;

5. 实现对IP数据报的过滤和记账。

三、在不同规模的网络中,路由器的侧重点有所不同

在主干网中,路由器的主要作用是路由选择,主干网的路由器统管所有下层网络的路径。这就需要维护庞大的路由表,并对连接状态的变化做出尽可能快速的反应。

在地区网中,路由器主要是网络连接和路由选择,也就是连接下层各个基层网络单位--园区网,同时负责下层网络之间的数据转发。

园区网内部,路由器主要用来分隔子网。早期的互联网基层单位是局域网,其中所有主机处于同一逻辑网络中。随着规模的扩大,局域网变成了高速主干和路由器连接的多个子网所组成的园区网。每个子网在逻辑上都是独立的,路由器是唯一能够分割它们的设备,它负责子网间的数据报转发和隔离,在边界上的路由器则负责和上层网络连接。

四、第二层交换机(网桥)和路由器的区别

传统交换机是从网桥发展而来的,它根据MAC地址,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第三层网络设备,它根据IP地址进行寻址,通过路由表路协议产生。

交换机的最大好处是快速,由于交换机只需识别帧中MAC地址,根据地址转发端口算法简单,便于ASIC实现。

交换机存在的一些问题,路由器可以避免:

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。路由器的协议不存在这样的问题,可以通过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信息链路上,不能进行动态分配,以平衡负载。路由器的算法可以避免这一点。

3. 广播控制:交换机只能缩小冲突域,但是不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域,广播报文散到这个网络。但是路由器可以隔离广播域,让广播报文不能随意广播。

4. 子网划分:交换机只能识别MAC地址。这个地址是物理地址,因此交换机不能根据MAC进行划分子网,但是路由器可以自动识别IP地址,这个地址是网络管理员根据逻辑自动分配的,因此是不会冲突和重复,路由器的主要作用就是连接不同的网络。

5. 保密问题:虽说交换机也可以根据帧的源MAC地址、目的MAC地址等对帧实现过滤,但是路由器根据报文的地址、目的IP地址等对报文实施过滤,会更加方便和直观。

6. 介质相关:交换机作为桥接设备可以完成链路层和物理层的转换,但是这种转换比较复杂,但是路由器较为简单。

由此可见,路由器主要是完成相同或相似的物理介质和链路协议的网络互联,而不会涌来在物理层面之间进行链接。相反的是,路由器主要用于不同网络之间互联,因此能连接不能物理介质、链路层协议和网络层协议的网络。

路由器看似在功能上占据优势的,但其价格昂贵,且报文发送速度低。

交换机和路由器的功能相似,但是又相互矛盾,交换机速度快,但是抑制功能较弱,路由器抑制功能强,但是转发速度慢。

五、第三层交换机和路由器的区别

由于第三层交换机本身也具备“路由”的功能,和传统的路由总体来说是相似的,但是既然被单拉出来了,肯定和传统路由也是有本质区别的:

1. 功用不同

大家需要明确的一个概念是第三层交换机本质还是交换机,只是附带了一些路由器的功能,它的主要功能还是在数据交换,路由只是帮助设备适用面更广、更加实用,扩展其适用性。也就是说,第三层交换机同时兼具数据交换和路由两种功能。

2. 适用的环境不一样

第三层交换机的路由功能因为是附加功能,因为适用环境较为简单,主要是简单的局域网。路由器则不同,它的出现就是为了满足不同类型网络的连接,因此可以适用任何网络,不管是局域网还是广域网,它的优势在于选择最佳路由、负荷分担、链路备份和其他网络进行路由信息的交换等。

3. 性能体现不一样

从技术上来说,第三层交换机通过硬件执行数据包交换,路由器则基于微处理器的软件路由引擎执行数据包交换。三层路由器在对数据进行路由后,会产生一个MAC地址和IP地址的映射表,当相同数据再次出现时,这个数据就不用通过路由了,从而消除路由器带来的延迟,提高数据包的转发效率。

综上,第三层交换机和路由器之间存在本质的区别,但是从文章描述可以看出,在局域网进行多子网连接时,最好选用三层交换机,特别是在不同子网数据交换频繁的环境中。

相比较而言,路由器的功能比交换机强大,但其速度较慢,价格昂贵,三层交换机既有交换机的转发速度,也有路由的良好控制功能,因此使用相对较广。

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