三层交换机和路由器的区别

2019-11-05 00:40:00

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供稿：网友

　　三层交换机和路由器都工作在网络的第三层，根据ip地址进行数据包的转发（或交换），原理上没有太大的区别，这两个名词趋向于统一，所谓交换路由器和路由交换机指的是同一样东西。我们可以认为三层交换机就是一个多端口的路由器。
　　
　　但假如从二者的历史的发展的角度去寻找，我们还是能够找出一些差别的：
　　
　　路由器的历史比较久远一些，80年代中期思科就推出了业界第一台路由器。路由器的推出是为了解决远程的、不同网段的互连互通，所谓“路由”就是根据网络上数据包（如IP Packet)的目的地址（如IP地址）查表，以决定并将该数据包转发到通往目的地的“下一跳”。由于路由算法比较复杂，早期的路由器一般都是基于CPU以“单跳时钟”指令计算的方式来处理和转发数据包，这种方式转发数据包的效率是比较低的。但我们不要忘了，在当时，远程广域的互连互通是第一位的，而需要并用得起路由器的是大企业大机构（如银行）。一方面，承载数据的广域网链路速度比较低（低于1个E1=2Mbps,如PSTN、ISDN、DDN、Frame Relay等）,另一方面当时的应用以UNIX主机计算为主，所以网络传输的速度并不是大问题。
　　
　　总结起来，传统的路由器有3个特点：
　　
　　1、基于CPU的单步时钟处理机制
　　2、能够处理复杂的路由算法和协议
　　3、主要用于广域网的低速数据链路
　　
　　进入90年代，PC机的飞速发展，导致以太网和TCP/IP协议的迅速崛起和广泛应用，企业内部网络越来越庞大， Internet已经成为最大的广域网，企业的远程互连互通已经越来越从自建（租）的专网转向Internet。这些变化直接导致了交换机的出现，路由器的升级换代，以及路由器和交换机的融合。
　　
　　最早的以太网交换机于95年前后问世，其前身是网桥。网桥工作在网络的第二层，它的作用之一是隔离网络广播风暴。我们知道，以太网上主机之间通讯链路的建立很大程度上依靠于一种广播包，严格来说广播包只负责建立和维系通讯而不传送有效的数据，当网络上主机数量增大时广播包会以指数级增长，占用太多带宽，降低网络效率（权威的说法，一个以太网段的主机数量不要超过30台，超过时就应该用网桥加以隔离）。网桥很像一个有着左膀和右臂的人，它根据以太网上数据帧（Frame)的目的MAC地址决定是否将帧在左右手之间交换。广播包是没有目的地址的（意味着给所有人），所以被隔断。我们可以把交换机理解成一个多端口的网桥，连接在它的每一个端口上的主机或网段独享带宽，各端口之间的交换相对独立，提高了网络效率。交换机工作在网络第二层，算法相对简单，很快就有芯片厂家将其固化，生产出交换机的核心ASIC芯片，推出硬件的线速度交换机。
　　
　　总结起来，传统的交换机有3个特点：
　　
　　1、基于ASIC硬件，线速度交换
　　2、工作在网络第二层，主要是以太网
　　3、主要用于局域网的快速数据交换
　　
　　随着企业内部网络的进一步扩到，主机增加到成百上千台，网络第三层的广播风暴成为了问题（权威的说法：一个TCP/IP网段上的主机数量不要超过300台）。传统的交换机工作在网络第二层，不能隔离三层的广播。一个的解决办法是在交换机上做VLAN隔离，再将VLAN上汇聚到上级路由器上，由路由器实现不同网段（3层网段）之间的路由转发。这就是最初的路由+交换模型，典型的产品是CISCO的Catalyst 5500路由交换机。
　　
　　路由+交换是一个过渡产品，今天的三层交换机在体系结构上已有很大的改观，路由和交换通过ASIC充分揉合，第一个包经过路由算法确定路径后，后续的数据包交由交换引擎实现线速度交换。当然，把所有的路由算法都固化还很困难，这就是今天的三层交换机要么不能100%实现线速交换，要么只能支持有限的简单的路由协议的原因。
　　
　　传统的路由器随着Internet的发展也继续保持其生命力。复杂的协议（如BGP、MPLS），新的功能和应用（如VPN、Security)都离不开软件和CPU的计算,但路由器在体系结构上也进行了非常大的改进, 并融合了越来越多的固件和ASIC。
　　
　　路由和交换的发展透析着IT产业软件和硬件的演变，并将随着人们对功能和性能的不懈追求而继续演变下去。

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