三層交換機和路由器的區別

2019-11-05 00:40:00

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供稿：網友

　　三層交換機和路由器都工作在網絡的第三層，根據ip地址進行數據包的轉發（或交換），原理上沒有太大的區別，這兩個名詞趨向于統一，所謂交換路由器和路由交換機指的是同一樣東西。我們可以認為三層交換機就是一個多端口的路由器。
　　
　　但假如從二者的歷史的發展的角度去尋找，我們還是能夠找出一些差別的：
　　
　　路由器的歷史比較久遠一些，80年代中期思科就推出了業界第一臺路由器。路由器的推出是為了解決遠程的、不同網段的互連互通，所謂“路由”就是根據網絡上數據包（如IP Packet)的目的地址（如IP地址）查表，以決定并將該數據包轉發到通往目的地的“下一跳”。由于路由算法比較復雜，早期的路由器一般都是基于CPU以“單跳時鐘”指令計算的方式來處理和轉發數據包，這種方式轉發數據包的效率是比較低的。但我們不要忘了，在當時，遠程廣域的互連互通是第一位的，而需要并用得起路由器的是大企業大機構（如銀行）。一方面，承載數據的廣域網鏈路速度比較低（低于1個E1=2Mbps,如PSTN、ISDN、DDN、Frame Relay等）,另一方面當時的應用以UNIX主機計算為主，所以網絡傳輸的速度并不是大問題。
　　
　　總結起來，傳統的路由器有3個特點：
　　
　　1、基于CPU的單步時鐘處理機制
　　2、能夠處理復雜的路由算法和協議
　　3、主要用于廣域網的低速數據鏈路
　　
　　進入90年代，PC機的飛速發展，導致以太網和TCP/IP協議的迅速崛起和廣泛應用，企業內部網絡越來越龐大， Internet已經成為最大的廣域網，企業的遠程互連互通已經越來越從自建（租）的專網轉向Internet。這些變化直接導致了交換機的出現，路由器的升級換代，以及路由器和交換機的融合。
　　
　　最早的以太網交換機于95年前后問世，其前身是網橋。網橋工作在網絡的第二層，它的作用之一是隔離網絡廣播風暴。我們知道，以太網上主機之間通訊鏈路的建立很大程度上依靠于一種廣播包，嚴格來說廣播包只負責建立和維系通訊而不傳送有效的數據，當網絡上主機數量增大時廣播包會以指數級增長，占用太多帶寬，降低網絡效率（權威的說法，一個以太網段的主機數量不要超過30臺，超過時就應該用網橋加以隔離）。網橋很像一個有著左膀和右臂的人，它根據以太網上數據幀（Frame)的目的MAC地址決定是否將幀在左右手之間交換。廣播包是沒有目的地址的（意味著給所有人），所以被隔斷。我們可以把交換機理解成一個多端口的網橋，連接在它的每一個端口上的主機或網段獨享帶寬，各端口之間的交換相對獨立，提高了網絡效率。交換機工作在網絡第二層，算法相對簡單，很快就有芯片廠家將其固化，生產出交換機的核心ASIC芯片，推出硬件的線速度交換機。
　　
　　總結起來，傳統的交換機有3個特點：
　　
　　1、基于ASIC硬件，線速度交換
　　2、工作在網絡第二層，主要是以太網
　　3、主要用于局域網的快速數據交換
　　
　　隨著企業內部網絡的進一步擴到，主機增加到成百上千臺，網絡第三層的廣播風暴成為了問題（權威的說法：一個TCP/IP網段上的主機數量不要超過300臺）。傳統的交換機工作在網絡第二層，不能隔離三層的廣播。一個的解決辦法是在交換機上做VLAN隔離，再將VLAN上匯聚到上級路由器上，由路由器實現不同網段（3層網段）之間的路由轉發。這就是最初的路由+交換模型，典型的產品是CISCO的Catalyst 5500路由交換機。
　　
　　路由+交換是一個過渡產品，今天的三層交換機在體系結構上已有很大的改觀，路由和交換通過ASIC充分揉合，第一個包經過路由算法確定路徑后，后續的數據包交由交換引擎實現線速度交換。當然，把所有的路由算法都固化還很困難，這就是今天的三層交換機要么不能100%實現線速交換，要么只能支持有限的簡單的路由協議的原因。
　　
　　傳統的路由器隨著Internet的發展也繼續保持其生命力。復雜的協議（如BGP、MPLS），新的功能和應用（如VPN、Security)都離不開軟件和CPU的計算,但路由器在體系結構上也進行了非常大的改進, 并融合了越來越多的固件和ASIC。
　　
　　路由和交換的發展透析著IT產業軟件和硬件的演變，并將隨著人們對功能和性能的不懈追求而繼續演變下去。

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