交換機與路由器的區(qū)別 交換機和路由器的區(qū)別
產(chǎn)品資訊2017年08月23日
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一、交換機和路由器
“交換”是今天網(wǎng)絡里出現(xiàn)頻率最高的一個詞，從橋接到路由到ATM直至電話系統(tǒng)，無論何種場合都可將其套用，搞不清到底什么才是真正的交換。其實交換一詞 最早出現(xiàn)于電話系統(tǒng)，特指實現(xiàn)兩個不同電話機之間話音信號的交換，完成該工作的設備就是電話交換機。所以從本意上來講，交換只是一種技術概念，即完成信號 由設備入口到出口的轉(zhuǎn)發(fā)。因此，只要是和符合該定義的所有設備都可被稱為交換設備。
由此可見，“交換”是一個涵義廣泛的詞語，當它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡第二 層的設備時，實際指的是一個橋接設備;而當它被用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡第三層的設備時，又指的是一個路由設備。
我們經(jīng)常說到的以太網(wǎng)交換機實際是一個基于網(wǎng)橋技術的多端口第二層網(wǎng)絡設備，它為數(shù)據(jù)幀從一個端口到另一個任意端口的轉(zhuǎn)發(fā)提供了低時延、低開銷的通路。
由此可見，交換機內(nèi)部核心處應該有一個交換矩陣，為任意兩端口間的通信提供通路，或是一個快速交換總線，以使由任意端口接收的數(shù)據(jù)幀從其他端口送出。
在實 際設備中，交換矩陣的功能往往由專門的芯片(ASIC)完成。另外，以太網(wǎng)交換機在設計思想上有一個重要的假設，即交換核心的速度非常之快，以致通常的大 流量數(shù)據(jù)不會使其產(chǎn)生擁塞，換句話說，交換的能力相對于所傳信息量而無窮大(與此相反，ATM交換機在設計上的思路是，認為交換的能力相對所傳信息量而言有限)。
雖然以太網(wǎng)第二層交換機是基于多端口網(wǎng)橋發(fā)展而來，但畢竟交換有其更豐富的特性，使之不但是獲得更多帶寬的最好途徑，而且還使網(wǎng)絡更易管理。
而路由器是OSI協(xié)議模型的網(wǎng)絡層中的分組交換設備(或網(wǎng)絡層中繼設備)，路由器的基本功能是把數(shù)據(jù)(IP報文)傳送到正確的網(wǎng)絡，包括：
1.IP數(shù)據(jù)報的轉(zhuǎn)發(fā)，包括數(shù)據(jù)報的尋徑和傳送;
2.子網(wǎng)隔離，抑制廣播風暴;
3.維護路由表，并與其他路由器交換路由信息，這是IP報文轉(zhuǎn)發(fā)的基礎。
4.IP數(shù)據(jù)報的差錯處理及簡單的擁塞控制;
5.實現(xiàn)對IP數(shù)據(jù)報的過濾和記帳。
對于不同地規(guī)模的網(wǎng)絡，路由器的作用的側(cè)重點有所不同。
在主干網(wǎng)上，路由器的主要作用是路由選擇。主干網(wǎng)上的路由器，必須知道到達所有下層網(wǎng)絡的路徑。這需要維護龐大的路由表，并對連接狀態(tài)的變化作出盡可能迅速的反應。路由器的故障將會導致嚴重的信息傳輸問題。
在地區(qū)網(wǎng)中，路由器的主要作用是網(wǎng)絡連接和路由選擇，即連接下層各個基層網(wǎng)絡單位--園區(qū)網(wǎng)，同時負責下層網(wǎng)絡之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
在園區(qū)網(wǎng)內(nèi)部，路由器的主要作用是分隔子網(wǎng)。早期的互連網(wǎng)基層單位是局域網(wǎng)(LAN)，其中所有主機處于同一邏輯網(wǎng)絡中。隨著網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大，局域網(wǎng) 演變成以高速主干和路由器連接的多個子網(wǎng)所組成的園區(qū)網(wǎng)。在其中，處個子網(wǎng)在邏輯上獨立，而路由器就是唯一能夠分隔它們的設備，它負責子網(wǎng)間的報文轉(zhuǎn)發(fā)和 廣播隔離，在邊界上的路由器則負責與上層網(wǎng)絡的連接。
二、第二層交換機和路由器的區(qū)別
傳統(tǒng)交換機從網(wǎng)橋發(fā)展而來，屬于OSI第二層即數(shù)據(jù)鏈路層設備。它根據(jù)MAC地址尋址，通過站表選擇路由，站表的建立和維護由交換機自動進行。
路由器屬于 OSI第三層即網(wǎng)絡層設備，它根據(jù)IP地址進行尋址，通過路由表路由協(xié)議產(chǎn)生。
交換機最大的好處是快速，由于交換機只須識別幀中MAC地址，直接根據(jù) MAC地址產(chǎn)生選擇轉(zhuǎn)發(fā)端口算法簡單，便于ASIC實現(xiàn)，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度極高。
但交換機的工作機制也帶來一些問題。
1.回路：根據(jù)交換機地址學習和站表建立算法，交換機之間不允許存在回路。一旦存在回路，必須啟動生成樹算法，阻塞掉產(chǎn)生回路的端口。而路由器的路由協(xié)議沒有這個問題，路由器之間可以有多條通路來平衡負載，提高可靠性。
2.負載集中：交換機之間只能有一條通路，使得信息集中在一條通信鏈路上，不能進行動態(tài)分配，以平衡負載。而路由器的路由協(xié)議算法可以避免這一點，OSPF路由協(xié)議算法不但能產(chǎn)生多條路由，而且能為不同的網(wǎng)絡應用選擇各自不同的最佳路由。
3.廣播控制：交換機只能縮小沖突域，而不能縮小廣播域。整個交換式網(wǎng)絡就是一個大的廣播域，廣播報文散到整個交換式網(wǎng)絡。而路由器可以隔離廣播域，廣播報文不能通過路由器繼續(xù)進行廣播。
4.子網(wǎng)劃分：交換機只能識別MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址結(jié)構，因此不能根據(jù)MAC地址來劃分子網(wǎng)。而路由器識別IP地 址，IP地址由網(wǎng)絡管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有層次結(jié)構，被劃分成網(wǎng)絡號和主機號，可以非常方便地用于劃分子網(wǎng)，路由器的主要功能就是用于連接 不同的網(wǎng)絡。
5.保密問題：雖說交換機也可以根據(jù)幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內(nèi)容對幀實施過濾，但路由器根據(jù)報文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等內(nèi)容對報文實施過濾，更加直觀方便。
6.介質(zhì)相關：交換機作為橋接設備也能完成不同鏈路層和物理層之間的轉(zhuǎn)換，但這種轉(zhuǎn)換過程比較復雜，不適合ASIC實現(xiàn)，勢必降低交換機的轉(zhuǎn)發(fā)速度。
因此 目前交換機主要完成相同或相似物理介質(zhì)和鏈路協(xié)議的網(wǎng)絡互連，而不會用來在物理介質(zhì)和鏈路層協(xié)議相差甚元的網(wǎng)絡之間進行互連。而路由器則不同，它主要用于 不同網(wǎng)絡之間互連，因此能連接不同物理介質(zhì)、鏈路層協(xié)議和網(wǎng)絡層協(xié)議的網(wǎng)絡。路由器在功能上雖然占據(jù)了優(yōu)勢，但價格昂貴，報文轉(zhuǎn)發(fā)速度低。
近幾年，交換機為提高性能做了許多改進，其中最突出的改進是虛擬網(wǎng)絡和三層交換。
劃分子網(wǎng)可以縮小廣播域，減少廣播風暴對網(wǎng)絡的影響。路由器每一接口連接一個子網(wǎng)，廣播報文不能經(jīng)過路由器廣播出去，連接在路由器不同接口的子網(wǎng)屬于不同子網(wǎng)，子網(wǎng)范圍由路由器物理劃分。對交換機而言，每一個端口對應一個網(wǎng)段，由于子網(wǎng)由若干網(wǎng)段構成，通過對交換機端口的組合，可以邏輯劃分子網(wǎng)。廣播報文只能在子網(wǎng)內(nèi)廣播，不能擴散到別的子網(wǎng)內(nèi)，通過合理劃分邏輯子網(wǎng)，達到控制廣播的目的。由于邏輯子網(wǎng)由交換機端口任意組合，沒有物理上的相關性，因此稱為虛擬子網(wǎng)，或叫虛擬網(wǎng)。虛擬網(wǎng)技術不用路由器就解決了廣播報文的隔離問題，且虛擬網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)段與其物理位置無關，即相鄰網(wǎng)段可以屬于不同虛擬網(wǎng)，而相隔甚遠的 兩個網(wǎng)段可能屬于不同虛擬網(wǎng)，而相隔甚遠的兩個網(wǎng)段可能屬于同一個虛擬網(wǎng)。不同虛擬網(wǎng)內(nèi)的終端之間不能相互通信，增強了對網(wǎng)絡內(nèi)數(shù)據(jù)的訪問控制。
交換機和路由器是性能和功能的矛盾體，交換機交換速度快，但控制功能弱，路由器控制性能強，但報文轉(zhuǎn)發(fā)速度慢。
解決這個矛盾的技術是三層交換，既有交換機線速轉(zhuǎn)發(fā)報文能力，又有路由器良好的控制功能。
三、第三層交換機和路由器的區(qū)別
在第三層交換技術出現(xiàn)之前，幾乎沒有必要將路由功能器件和路由器區(qū)別開來，他們完全是相同的:提供路由功能正在路由器的工作，然而，現(xiàn)在第三層交換機完全能夠執(zhí)行傳統(tǒng)路由器的大多數(shù)功能。
1、作為網(wǎng)絡互連的設備，第三層交換機具有以下特征:
1）.轉(zhuǎn)發(fā)基于第三層地址的業(yè)務流;
2）.完全交換功能;
3）.可以完成特殊服務，如報文過濾或認證;
4）.執(zhí)行或不執(zhí)行路由處理。
2、第三層交換機與傳統(tǒng)路由器相比有如下優(yōu)點:
1）.子網(wǎng)間傳輸帶寬可任意分配:傳統(tǒng)路由器每個接口連接一個子網(wǎng)，子網(wǎng)通過路由器進行傳輸?shù)乃俾时唤涌诘膸捤拗?。而三層交換機則不同，它可以把多個端口定義成一個虛擬網(wǎng)，把多個端口組成的虛擬網(wǎng)作為虛擬網(wǎng)接口，該虛擬網(wǎng)內(nèi)信息可通過組成虛擬網(wǎng)的端口送給三層交換機，由于端口數(shù)可任意指定，子網(wǎng)間傳輸帶寬沒有限制。
2）.合理配置信息資源:由于訪問子網(wǎng)內(nèi)資源速率和訪問全局網(wǎng)中資源速率沒有區(qū)別，子網(wǎng)設置單獨服務器的意義不大，通過在全局網(wǎng)中設置服務器群不僅節(jié)省費用，更可以合理配置信息資源。
3）.降低成本:通常的網(wǎng)絡設計用交換機構成子網(wǎng)，用路由器進行子網(wǎng)間互連。目前采用三層交換機進行網(wǎng)絡設計，既可以進行任意虛擬子網(wǎng)劃分，又可以通過交換機三層路由功能完成子網(wǎng)間通信，為此節(jié)省了價格昂貴的路由器。
4）.交換機之間連接靈活:作為交換機，它們之間不允許存在回路，作為路由器，又可有多條通路來提高可靠性、平衡負載。三層交換機用生成樹算法阻塞造成回路的端口，但進行路由選擇時，依然把阻塞掉的通路作為可選路徑參與路由選擇。
5）交換機和路由器是性能和功能的矛盾體，交換機交換速度快，但控制功能弱，路由器控制性能強，但報文轉(zhuǎn)發(fā)速度慢。解決這個矛盾的最新技術是三層交換，既有交換機線速轉(zhuǎn)發(fā)報文能力，又有路由器良好的控制功能。
3、三層交換機與路由器的主要區(qū)別
搞不清三層交換機和路由器之間的區(qū)別，最根本就是三層交換機也具有“路由”功能，與傳統(tǒng)路由器的路由功能總體上是一致的。雖然如此，三層交換機與路由器還是存在著相當大的本質(zhì)區(qū)別的：
1）主要功能不同
雖然三層交換機與路由器都具有路由功能，但我們不能因此而把它們等同起來，正如現(xiàn)在許多網(wǎng)絡設備同時具備多種傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備功能一樣，就如現(xiàn)在有許多寬帶路由器不僅具有路由功能，還提供了交換機端口、硬件防火墻功能，但不能把它與交換機或者防火墻等同起來一樣。因為這些路由器的主要功能還是路由功能，其它功能只不過是其附加功能，其目的是使設備適用面更廣、使其更加實用。這里的三層交換機也一樣，它仍是交換機產(chǎn)品，只不過它是具備了一些基本的路由功能的交換機，它的主要功能仍是數(shù)據(jù)交換。也就是說它同時具備了數(shù)據(jù)交換和路由 由發(fā)兩種功能，但其主要功能還是數(shù)據(jù)交換;而路由器僅具有路由轉(zhuǎn)發(fā)這一種主要功能。
2）主要適用的環(huán)境不一樣
三層交換機的路由功能通常比較簡單，因為它所面對的主要是簡單的局域網(wǎng)連接。正因如此，三層交換機的路由功能通常比較簡單，路由路徑遠沒有路由器那么復雜。它用在局域網(wǎng)中的主要用途還是提供快速數(shù)據(jù)交換功能，滿足局域網(wǎng)數(shù)據(jù)交換頻繁的應用特點。 而路由器則不同，它的設計初哀就是為了滿足不同類型的網(wǎng)絡連接，雖然也適用于局域網(wǎng)之間的連接，但它的路由功能更多的體現(xiàn)在不同類型網(wǎng)絡之間的互聯(lián)上，如局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)之間的連接、不同協(xié)議的網(wǎng)絡之間的連接等，所以路由器主要是用于不同類型的網(wǎng)絡之間。它最主要的功能就是路由轉(zhuǎn)發(fā)，解決好各種復雜路由路徑網(wǎng)絡的連接就是它的最終目的，所以路由器的路由功能通常非常強大，不僅適用于同種協(xié)議的局域網(wǎng)間，更適用于不同協(xié)議的局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)間。它的優(yōu)勢在于選擇最佳路由、負荷分擔、鏈路備份及和其他網(wǎng)絡進行路由信息的交換等等路由器所具有功能。
3）性能體現(xiàn)不一樣
從技術上講，路由器和三層交換機在數(shù)據(jù)包交換操作上存在著明顯區(qū)別。路由器一般由基于微處理器的軟件路由引擎執(zhí)行數(shù)據(jù)包交換，而三層交換機通過硬件執(zhí)行數(shù)據(jù)包交換。三層交換機在對第一個數(shù)據(jù)流進行路由后，它將會產(chǎn)生一個MAC地址與IP地址的映射表，當同樣的數(shù)據(jù)流再次通過時，將根據(jù)此表直接從二層通過而不是再次路由，從而消除了路由器進行路由選擇而造成網(wǎng)絡的延遲，提高了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的效率。同時，三層交換機的路由查找是針對數(shù)據(jù)流的，它利用緩存技術，很容易利用ASIC技術來實現(xiàn)，可以大大節(jié)約成本，并實現(xiàn)快速轉(zhuǎn)發(fā)。而路由器的轉(zhuǎn)發(fā)采用最長匹配的方式，實現(xiàn)復雜，通常使用軟件來實現(xiàn)，轉(zhuǎn)發(fā)效率較低。 正因如此，從整體性能上比較的話，三層交換機的性能要遠優(yōu)于路由器，非常適用于數(shù)據(jù)交換頻繁的局域網(wǎng)中;而路由器雖然路由功能非常強大，但它的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)效率遠低于三層交換機，更適合于數(shù)據(jù)交換不是很頻繁的不同類型網(wǎng)絡的互聯(lián)，如局域網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)的互聯(lián)。如果把路由器，特別是高檔路由器用于局域網(wǎng)中，則在相當大程度上是一種浪費(就其強大的路由功能而言)，而且還不能很好地滿足局域網(wǎng)通信性能需求，影響子網(wǎng)間的正常通信。
綜上所述，三層交換機與路由器之間還是存在著非常大的本質(zhì)區(qū)別的。無論從哪方面來說，在局域網(wǎng)中進行多子網(wǎng)連接，最好還選用三層交換機，特別是在不同子網(wǎng)數(shù)據(jù)交換頻繁的環(huán)境中。一方面可以確保子網(wǎng)間的通信性能需求，另一方面省去了另外購買路由器的投資。當然，如果子網(wǎng)間的通信不是很頻繁，采用路由器也無可厚非，也可達到子網(wǎng)安全隔離相互通信的目的。具體要根據(jù)實際需求來定。
四、三層交換機的前生
三層交換機的最重要的目的是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，所具有的路由功能也是為這目的服務的，能夠做到一次路由，多次轉(zhuǎn)發(fā)。對于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)等規(guī)律性的過程由硬件高速實現(xiàn)，而像路由信息更新、路由表維護、路由計算、路由確定等功能，由軟件實現(xiàn)。
出于安全和管理方便的考慮，主要是為了減小廣播風暴的危害，必須把大型局域網(wǎng)按功能或地域等因素化成一個個小的局域網(wǎng)，這就使得VLAN技術在網(wǎng)絡中得到大量應用，而不同VLAN之間的通信都要經(jīng)過路由器來完成轉(zhuǎn)發(fā)，隨著網(wǎng)間互訪的不斷增加。單純使用路由器來實現(xiàn)網(wǎng)間訪問，不但由于端口數(shù)量有限，而且路由速度較慢。從而限制了網(wǎng)絡的規(guī)模和訪問速度。基于這種情況三層交換機便應用而生。三層交換機是為IP設計的，接口類型簡單;擁有很強二層包處理能力，非常適合用于大型局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)路由與交換，它既可以工作在協(xié)議第三層替代或是部分完成傳統(tǒng)路由器的功能，同時又具有幾乎第二層交換的速度，且價格相對便宜。
三層交換機出現(xiàn)最重要的目的是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，所具有的路由功能也多是圍繞這個目的而展開的，所以它的路由功能沒有同一檔次的專業(yè)路由器強。畢竟在安全、協(xié)議支持等方面還有許多欠缺，并不能完全取代路由器的工作。
在實際中的典型用法是：處于同一個局域網(wǎng)中的各個子網(wǎng)的互聯(lián)以及局域網(wǎng)中VLAN間的路由，用三層交換機來代替路由。而只有局域網(wǎng)與公網(wǎng)互聯(lián)之間要實現(xiàn)跨地域的網(wǎng)絡訪問，才通過專業(yè)路由器。
從表面上看，第三層交換機是第二層交換器與路由器的合二為一，然而這種結(jié)合并非簡單的物理結(jié)合，而是各取所長的邏輯結(jié)合。其重要表現(xiàn)是，當某一信息源的第一個數(shù)據(jù)流進行第三層交換后，其中的路由系統(tǒng)會產(chǎn)生一個MAC地址與IP地址的映射表，并將該表存儲起來，當同一信息源的后續(xù)數(shù)據(jù)流再次進入交換環(huán)境時，交換機將根據(jù)第一次產(chǎn)生并保存的地址映射表，直接從第二層由源地址傳輸?shù)侥康牡刂?，不再?jīng)過第三路由系統(tǒng)處理，從而消除路由選擇的網(wǎng)絡延遲。
五、結(jié)論
綜上所述，交換機一般用于lan-wan的連接，交換機歸于網(wǎng)橋，是數(shù)據(jù)鏈路層的設備，有些交換機也可實現(xiàn)第三層的交換。路由器用于wan-wan之間的連接，可以解決異性網(wǎng)絡之間轉(zhuǎn)發(fā)分組，作用于網(wǎng)絡層。他們只是從一條線路上接受輸入分組，然后向另一條線路轉(zhuǎn)發(fā)。這兩條線路可能分屬于不同的網(wǎng)絡，并采用不同協(xié)議。相比較而言，路由器的功能較交換機要強大，但速度相對也慢，價格昂貴，第三層交換機既有交換機線速轉(zhuǎn)發(fā)報文能力，又有路由器良好的控制功能，因此得以廣泛使用。
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