详解三层交换机与路由器之间的关联问题

jack

三层交换机和路由器这三种技术究竟谁优谁劣,在所有的预测中，闭环反馈提供反映服务器现有业务量的最精确的检测。

       三层交换机使用了将三层路由技术和二层交换技术结合在一起的新技术，如果把大型网络按照部门，地域等等因素划分成一个个小局域网，那么三层交换机就会起着核心的作用。

       三层交换机与路由器 近年来随着互联网和各企业信息化建设的迅猛发展，使人们越来越感觉到传统路由器已经从原来的交通指挥员变成了现在的路口瓶颈。而具有三层路由功能的交换机既可以工作在协议第三层替代或部分完成传统路由器的功能，同时又具有几乎第二层交换的速度。

       且价格相对便宜些，一时间很多人都开始想到三层交换机要替代路由器了！但事实又如何呢？ 传统路由器在网络中扮演着隔离网络、隔离广播、路由转发、防火墙等角色，并且随着网络的不断发展，它们的工作量也在迅速增长。

       如今出于安全和管理方便等方便的考虑，VLAN技术在网络中大量应用。VLAN技术可以逻辑隔离各个不同的网段、端口甚至主机，而各个不同VLAN间的通信都要经过路由器来完成转发。由于局域网中数据流量很大，VLAN间大量的信息交换都要通过路由器来完成转发，这时候随着数据流量的不断增长路由器就成为了网络的瓶颈。

       三层交换机使用了将三层路由技术和二层交换技术结合在一起的新技术——三层交换。数据在网络中是分段传递的，三层交换技术对一个数据流的第一段数据进行寻址并转发，然后在缓存中建立一个关于这个数据流的MAC地址与IP地址的映射表。

       当后续的数据流到达交换机时将对照这个映射表直接从二层将数据快速转发到目的地出口，而不用再经过三层路由功能来完成。正因如此，三层交换技术降低了因路由寻址、转发而造成的网络延迟，提高了数据包的转发效率。

       但是从技术上讲路由器和交换机在对数据包交换过程的操作上存在着明显的区别。路由器采用的是最长匹配的方式，实现起来比较复杂，通过基于微处理器的软件来完成。而对于三层交换来说，它的路由转发是针对某一数据流进行的，同时利用缓存（CACHE）技术来存储映射表，所以很容易采用基于硬件的ASIC芯片来实现。

       因此不难看出，同三层交换机相比路由器的功能更为强大！像NAT、VPN、ACL等功能目前仍无法完全被取代。 在实际应用过程中处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLAN间的路由，可以用三层交换机来代替路由器。

       但在局域网必须与公网互联以实现跨地域的网络环境下，路由器就变成了不可或缺的设备。同时，一个完全构建在交换机上的网络会出现诸如碰撞、堵塞以及通信混乱等问题。如果使用路由器将网络化分为多个子网，通过路由器所具备的功能来有效地进行安全策略控制，则可以避免这些问题。

       另外，三层交换机暂时还不能提供完整的路由选择协议支持，而路由器则具备同时处理多个协议的能力。当连接不同协议的网络，例如以太网和令牌环的组合网络，依靠三层交换机是不可能完成网间路由和数据传输的。除此之外，路由器还具有第四层网络管理能力，例如ACL对数据流的安全控制功能，这也是三层交换机所不具备的。

       根据三层交换机和路由器各自的特点来看，三层交换机并不等于路由器，同时也不可能取代路由器！在我们的实际选购中，应根据自身网络的特点与未来可能的发展需求来选择适合我们的产品。

       不论怎样，随着技术的发展、产品的完善最终获益的终将是我们消费者！ 局域网络的出现，迄今为止已经经历了三十多年，在这三十多年的发展历程中，从最初的无线技术ALOHA引出CSMA/CD核心技术，直到快速以太网（802.3u）及现代的GE（802.3z）10GE以太网技术的出现，不断的推陈出新。

       这就引发了一个问题，对于一个具体的网络，因为可选择的组网方式的多样化，如何选择一种好的组网技术成为困惑。 对于用户来说，在减低成本的前提下，保证网络的高可靠性，高性能，易维护，易扩展，与采用何种组网技术密切相关；

       对于设备厂商来说，在保证用户的网络功能实现的基础上，如何能够取的更为可观的利润，采用组网技术的优劣，也是提高利润的其中一个手段。 目前技术的发展，可以说直接面向用户的第一层接口和第二层交换技术已经日趋成熟，它们的发展现状令人满意，所以说选择的重点不在这个层次。

       但是，作为网络的核心，起网间互连作用的路由器技术却没有实质性的突破。于是一种新的路由技术应运而生----三层交换技术，说它是路由技术，因为它工作在网络协议的三层；说它是交换技术，交换速度特别快，几乎可以达到二层交换速度。

       在这些技术选择的权衡中，二层交换+路由组网与三层交换组网的选择是一个焦点问题，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。 （一） 二层交换技术 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。

具体的工作流程如下：

       （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的；

       （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；

       （4） 如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。