圖解交換機(jī)和路由器的應(yīng)用

2019-11-05 00:17:08

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供稿：網(wǎng)友

說到交換機(jī)和路由器有的則根本搞不清楚它們各自到底有什么用，而有的則是弄不清它們之間的到底有什么區(qū)別，非凡是在各媒體大肆宣揚(yáng)三層交換機(jī)的“路由”功能的背景下。其實(shí)說到這里，我自己也不得不承認(rèn)，現(xiàn)在交換機(jī)與路由器區(qū)別是越來越模糊了，它們之間的功能也開始相互滲透。

　　
　　不僅三層交換機(jī)具有了部分原來獨(dú)屬于路由器的“路由”功能，而且現(xiàn)在寬帶和高端企業(yè)級(jí)路由器中也開始兼?zhèn)浣粨Q機(jī)的“交換”功能了。可謂是相互滲透，于是有人就預(yù)言，將來交換機(jī)和路由器很可能會(huì)合二為一，筆者也堅(jiān)信這一點(diǎn)。
　　
　　因?yàn)楝F(xiàn)在從技術(shù)上看，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)根本沒有太大難度，同時(shí)對(duì)用戶來說也是迫切需求的。一方面可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，另一方面用戶不必購(gòu)買兩種價(jià)格那么昂貴的設(shè)備，何樂而不為呢？但就目前來說，它們之間還是存在著較大區(qū)別的，當(dāng)然這不僅體現(xiàn)在技術(shù)理論上，更主要體現(xiàn)在應(yīng)用上。本文就要全面向大家解讀交換機(jī)與路由器在應(yīng)用的主要區(qū)別。
　　
　　一、交換機(jī)的星形集中連接
　　
　　我們知道，交換機(jī)的最基本功能和應(yīng)用就是集中連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如服務(wù)器、工作站、PC機(jī)、筆記本電腦、路由器、防火墻、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等），只要交換機(jī)的端口支持相應(yīng)設(shè)備的端口類型都可以直接連接在交換機(jī)的端口，共同構(gòu)成星形網(wǎng)絡(luò)。基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在星形連接中，交換機(jī)的各端口連接設(shè)備都彼此平等，可以相互訪問（除非做了限制），而不是像許多剛涉入網(wǎng)管行列的朋友那樣，認(rèn)為連接在交換機(jī)的服務(wù)器是最高級(jí)的。
　　
　　二、交換機(jī)的級(jí)聯(lián)與堆棧

上圖所示的僅是一個(gè)最基本的星形以太網(wǎng)架構(gòu)，實(shí)際的星形企業(yè)網(wǎng)絡(luò)比這可能要復(fù)雜許多。這復(fù)雜性不僅表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何高檔，配置如何復(fù)雜，更重要的是表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)交換層次比較復(fù)雜。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的路由器和防火墻通常只需配備一個(gè)，但交換機(jī)通常不會(huì)只是一個(gè)（除了只有20個(gè)用戶左右的小型網(wǎng)絡(luò)）。假如用戶數(shù)比較多，如上百個(gè)，甚至上千個(gè)，就必須依靠交換機(jī)的級(jí)聯(lián)或者堆棧擴(kuò)展連接了。但級(jí)聯(lián)技術(shù)和堆棧技術(shù)也有所不同，它們的應(yīng)用范圍也不同。
　　
　　交換機(jī)級(jí)聯(lián)就是交換機(jī)與交換機(jī)之間通過交換端口進(jìn)行擴(kuò)展，這樣一方面解決了單一交換機(jī)端口數(shù)不足的問題，另一方面也解決離機(jī)房較遠(yuǎn)距離的客戶端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接。因?yàn)閱味谓粨Q雙絞以太網(wǎng)電纜可達(dá)到了100米，每級(jí)聯(lián)一個(gè)交換機(jī)就可擴(kuò)展100米的距離。但這也不是說可以任意級(jí)聯(lián)，因?yàn)榫€路過長(zhǎng)，一方面信號(hào)在線路上的衰減也較多，另一方面，究竟下級(jí)交換機(jī)還是共享上級(jí)交換機(jī)的一個(gè)端口可用帶寬，層次越多，最終的客戶端可用帶寬也就越低（盡管你可能用的是百兆交換機(jī)），這樣對(duì)網(wǎng)絡(luò)的連接性能影響非常大，所以從實(shí)角度來看，建議最多部署三級(jí)交換機(jī)，那就是核心交換機(jī)-二級(jí)交換機(jī)-三級(jí)交換機(jī)。
　　
　　這里的三級(jí)并不是說只能答應(yīng)最多三臺(tái)交換機(jī)，而是從層次上講只能三個(gè)層次。連接在同一交換機(jī)上不同端口的交換機(jī)都屬于同一層次，所以每個(gè)層次又能答應(yīng)幾個(gè)，甚至幾十個(gè)交換機(jī)級(jí)聯(lián)。層級(jí)聯(lián)所用端口可以是專門的UpLink端口，也可以是普通的交換端口。有些交換機(jī)配有專門的級(jí)聯(lián)（UpLink）端口，但有些卻沒有。假如有專門的級(jí)聯(lián)端口，則最好利用，因?yàn)樗膸捦ǔ１绕胀ń粨Q端口寬，可進(jìn)一步確保下級(jí)交換機(jī)的帶寬。假如沒有則只能通過普通交換端口級(jí)聯(lián)了。
　　
　　通過級(jí)聯(lián)端口進(jìn)行級(jí)聯(lián)的方法如下圖所示；
　

通過級(jí)聯(lián)端口進(jìn)行級(jí)聯(lián)

　　而通過普通端口所進(jìn)行的級(jí)聯(lián)方法如下圖所示。　　

通過普通端口所進(jìn)行的級(jí)聯(lián)

　　注重它們之間不僅所用端口不同，所采用的電纜也不一樣：采用級(jí)聯(lián)端口進(jìn)行的級(jí)聯(lián)，需采用普通直通線；而采用普通端口進(jìn)行的級(jí)聯(lián)電纜為交叉電纜，就像兩臺(tái)主機(jī)對(duì)連一樣。
　　

　　至于交換機(jī)的堆棧，就不是所有交換機(jī)都可以的，而是要具有堆棧模塊的。交換機(jī)的堆棧不是通過交換端口進(jìn)行的，而是通過專門的背板堆棧模塊，采用專門的堆棧電纜進(jìn)行的連接。而且要注重的是，因?yàn)榻粨Q機(jī)堆棧通常是放在同一位置，連接電纜也較短，所以交換機(jī)的堆棧的目的主要是用于擴(kuò)充交換端口，而不是用于擴(kuò)展距離的。

　　
　　同時(shí)，交換機(jī)堆棧還可提高各實(shí)際使用的交換機(jī)端口可用帶寬，因?yàn)樗前讯褩Ｔ谝黄鸬慕粨Q機(jī)的背板帶寬聚集在一起，這樣交換機(jī)堆棧的總背板帶就是幾臺(tái)堆棧交換機(jī)的背板帶寬之和。背板帶寬提高后，假如交換機(jī)的每個(gè)端口都用上了，這一優(yōu)勢(shì)就不是很明顯（也是有效果的，因?yàn)椴豢赡苊繒r(shí)每刻每個(gè)端口都同時(shí)通信），但假如有交換機(jī)端口空余，效果會(huì)更明顯，因?yàn)樗沙浞掷媒粨Q機(jī)的所有帶寬。
　　
　　堆棧連接如下圖所示。

　

堆棧連接

　　交換機(jī)的堆棧連接端口通常是又排D形插孔的，一個(gè)交換機(jī)有兩個(gè)這樣的端口，分別標(biāo)有“UP”和“DOWN”字樣（如上圖所示），表示對(duì)應(yīng)用于向上和向上堆棧連接的，不能接錯(cuò)。

三、三層交換機(jī)的路由連接
　　
　　前面我們介紹到，三層交換機(jī)也具有一定的“路由”功能，可以實(shí)現(xiàn)不同子網(wǎng)的連接。但要注重的是，它的路由功能相對(duì)路由器來說還是要弱許多的。三層交換機(jī)的路由功能只能用于同一類型的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，而且通常只是局域網(wǎng)子網(wǎng)之間的互聯(lián)，并不能把局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)，或者互聯(lián)網(wǎng)連接起來，因?yàn)槿龑咏粨Q機(jī)所支持的路由協(xié)議非常有限，究竟這不是它的主要功能。
　　
　　我們知道，在局域網(wǎng)上，二層的交換機(jī)通過源MAC 地址來標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)包的發(fā)送者，根據(jù)目的MAC 地址來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。對(duì)于一個(gè)目的地址不在本局域網(wǎng)上的數(shù)據(jù)包，二層交換機(jī)不可能直接把它送到目的地，需要通過路由設(shè)備（比如傳統(tǒng)的路由器）來轉(zhuǎn)發(fā)，這時(shí)就要把交換機(jī)連接到路由設(shè)備上。假如把交換機(jī)的缺省網(wǎng)關(guān)設(shè)置為路由設(shè)備的ip 地址，交換機(jī)會(huì)把需要經(jīng)過路由轉(zhuǎn)發(fā)的包送到路由設(shè)備上。
　　
　　路由設(shè)備檢查數(shù)據(jù)包的目的地址和自己的路由表，假如在路由表中找到轉(zhuǎn)發(fā)路徑，路由設(shè)備把該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到其它的網(wǎng)段上，否則，丟棄該數(shù)據(jù)包。專用路由器昂貴、復(fù)雜、速度慢、易成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸，因?yàn)樗治鏊械膹V播包并轉(zhuǎn)發(fā)其中的一部分，還要和其它的路由器交換路由信息，而且這些處理過程都是由CPU 來處理的（不是專用的ASIC ）。
　　
　　第三層交換機(jī)既能像二層交換機(jī)那樣通過MAC 地址來標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，也能像傳統(tǒng)路由器那樣在兩個(gè)網(wǎng)段之間進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)。傳統(tǒng)路由器采用軟件來維護(hù)路由表，而三層交換機(jī)是通過專用的ASIC芯片來處理路由轉(zhuǎn)發(fā)的。與傳統(tǒng)路由器相比，第三層交換機(jī)的路由速度一般要快十倍或數(shù)十倍。
　　
　　三層交換機(jī)的路由連接如下圖所示。
　
三層交換機(jī)的路由連接

　　路由器的局域網(wǎng)連接
　　
　　大家都知道，路由器可以連接企業(yè)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)（如因特網(wǎng)），但卻忽略了一路由器的另一個(gè)應(yīng)用，那就是它的局域網(wǎng)連接功能。路由器的廣域網(wǎng)連接可參見拓?fù)鋱D圖和三層交換機(jī)的路由連接圖。
　　
　　路由器的作用因不同的路由器類型而定，我們常說的路由器通常是指邊界路由器，就是位于不同類型網(wǎng)絡(luò)的邊界，如拓?fù)鋱D圖和三層交換機(jī)的路由連接圖所示。還有一種路由器，它設(shè)計(jì)的目的就不是用于不同類型網(wǎng)絡(luò)的連接，而是用于同為局域網(wǎng)的不同局域網(wǎng)或不同子網(wǎng)之間的連接，這就是“中間節(jié)點(diǎn)路由器”。
　　
　　它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖所示。它與三層交換機(jī)的路由連接圖相比，只是用中間節(jié)點(diǎn)路由器接替了原來的三層交換機(jī)。
　　　

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

　　
　　以3COM公司的隧道交換機(jī)為例，它在整個(gè)VPN通信中是作為隧道啟動(dòng)器/終結(jié)器的結(jié)合體。它可以用于將隧道從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，例如將隧道從 ISP的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到企業(yè)網(wǎng)上。它也可以用來將點(diǎn)到點(diǎn)的連接變成從點(diǎn)連接到交換設(shè)施，再到點(diǎn)的連接，盡管發(fā)生在有路由選擇的網(wǎng)絡(luò)上，運(yùn)行起來卻仍像是一種專用交換網(wǎng)絡(luò)上。

六、路由器的VPN應(yīng)用
　　
　　在VPN通信中，路由器方案還是最為主流、最為普遍的，它的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如上圖差不多，只不過這里的VPN功能實(shí)現(xiàn)是由支持VPN通信的路由器來完成的，企業(yè)核心交換機(jī)無需支持VPN通信。目前支持VPN通信的路由產(chǎn)品較多，不僅路由器老大——Cisco有整套的路由器VPN方案，3COM、華為等許多大大小小的路由器設(shè)備生產(chǎn)廠商都有這類產(chǎn)品。
　　
　　目前的許多寬帶路由器都開始對(duì)VPN通信提供支持了。當(dāng)然VPN方案中，還有諸如防火墻VPN方案，3COM訪問服務(wù)器VPN方案等，在此就不再介紹了。
　　
　　從以上的介紹，我們明顯可以看出，交換機(jī)與路由器的應(yīng)用既有區(qū)別，又有聯(lián)系，但到目前為止，區(qū)別還是主要的。但這一區(qū)別有正在逐步縮小的趨勢(shì)。