一篇文章看懂交換機(jī)和路由器的功用區(qū)別
2022.12.02一篇文章看懂交換機(jī)和路由器的功用區(qū)別
計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)由不同類型的網(wǎng)絡(luò)相互連接而成，如果幾個(gè)計(jì)算機(jī)只是簡單地連接在一起是無法進(jìn)行通信的，因此當(dāng)我們談到計(jì)算機(jī)“互聯(lián)”時(shí)，其實(shí)說的是這相互連接的計(jì)算機(jī)已經(jīng)可以進(jìn)行通信了。也就是說，從功能上看在，這幾臺計(jì)算機(jī)已經(jīng)組成另一個(gè)大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，已經(jīng)有了意義。
一、中繼
將這些設(shè)備相互連接起來的設(shè)備稱為中繼，根據(jù)中繼系統(tǒng)所在層次，我們常說的中繼有以下幾種：
1. 物理層，轉(zhuǎn)發(fā)器，一層
2. 數(shù)據(jù)鏈路層，網(wǎng)橋，二層
3. 網(wǎng)絡(luò)層，路由器，三層
4. 網(wǎng)橋和路由器的混合橋路，兼有網(wǎng)橋和路由器的功能
5. 網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)，網(wǎng)關(guān)
當(dāng)只有中繼系統(tǒng)的時(shí)候，我們一般不說網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，因?yàn)橹皇前丫W(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了，這仍然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)高層網(wǎng)關(guān)復(fù)雜的時(shí)候，用的比較少，我們在討論的時(shí)候，一般都是指交換機(jī)和路由器進(jìn)行互聯(lián)的挽留過。因此，我們今天討論一下交換機(jī)和路由器的區(qū)別。
二、交換機(jī)和路由器的定義
交換是一個(gè)技術(shù)概念，也就是完成信號從設(shè)備入口到出口的轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第二層的設(shè)備時(shí)，它就是一個(gè)橋接設(shè)備;如果是用來描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第三層設(shè)備，它就是一個(gè)路由設(shè)備。
我們常說的交換機(jī)是指以太網(wǎng)交換機(jī)，這其實(shí)就是一個(gè)基于網(wǎng)橋技術(shù)的多端口第二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它為數(shù)據(jù)幀從一個(gè)端口到另一個(gè)端口的轉(zhuǎn)發(fā)提供了低時(shí)延、低銷路的通路。也就是說交換機(jī)的內(nèi)部核心是一個(gè)交換矩陣，為任意兩個(gè)端口之間的通信提供通路，從而讓任意端口接收的數(shù)據(jù)幀從其他端口送出。
路由器是OSI協(xié)議模型的網(wǎng)絡(luò)層中的分組交換設(shè)備，它的功能就是把數(shù)據(jù)傳送到正確的網(wǎng)絡(luò)，這個(gè)過程包括：
1. IP數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā);
2. 子網(wǎng)隔離，抑制廣播(主機(jī)之間“一對所有”的通訊模式，網(wǎng)絡(luò)對其中每一臺主機(jī)發(fā)出的信號都進(jìn)行無條件復(fù)制并轉(zhuǎn)發(fā)，所有主機(jī)都可以接收到所有信息，不管你是否需要)風(fēng)暴;
3. 維護(hù)路由表，并與其他路由器交換路由信息;
4. IP數(shù)據(jù)報(bào)的差錯(cuò)處理和簡單的擁塞抑制;
5. 實(shí)現(xiàn)對IP數(shù)據(jù)報(bào)的過濾和記賬。
三、在不同規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中，路由器的側(cè)重點(diǎn)有所不同
在主干網(wǎng)中，路由器的主要作用是路由選擇，主干網(wǎng)的路由器統(tǒng)管所有下層網(wǎng)絡(luò)的路徑。這就需要維護(hù)龐大的路由表，并對連接狀態(tài)的變化做出盡可能快速的反應(yīng)。
在地區(qū)網(wǎng)中，路由器主要是網(wǎng)絡(luò)連接和路由選擇，也就是連接下層各個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)單位--園區(qū)網(wǎng)，同時(shí)負(fù)責(zé)下層網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。
園區(qū)網(wǎng)內(nèi)部，路由器主要用來分隔子網(wǎng)。早期的互聯(lián)網(wǎng)基層單位是局域網(wǎng)，其中所有主機(jī)處于同一邏輯網(wǎng)絡(luò)中。隨著規(guī)模的擴(kuò)大，局域網(wǎng)變成了高速主干和路由器連接的多個(gè)子網(wǎng)所組成的園區(qū)網(wǎng)。每個(gè)子網(wǎng)在邏輯上都是獨(dú)立的，路由器是唯一能夠分割它們的設(shè)備，它負(fù)責(zé)子網(wǎng)間的數(shù)據(jù)報(bào)轉(zhuǎn)發(fā)和隔離，在邊界上的路由器則負(fù)責(zé)和上層網(wǎng)絡(luò)連接。
四、第二層交換機(jī)(網(wǎng)橋)和路由器的區(qū)別
傳統(tǒng)交換機(jī)是從網(wǎng)橋發(fā)展而來的，它根據(jù)MAC地址，通過站表選擇路由，站表的建立和維護(hù)由交換機(jī)自動(dòng)進(jìn)行。
路由器屬于OSI第三層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它根據(jù)IP地址進(jìn)行尋址，通過路由表路協(xié)議產(chǎn)生。
交換機(jī)的最大好處是快速，由于交換機(jī)只需識別幀中MAC地址，根據(jù)地址轉(zhuǎn)發(fā)端口算法簡單，便于ASIC實(shí)現(xiàn)。
交換機(jī)存在的一些問題，路由器可以避免：
1. 回路：根據(jù)交換機(jī)地址學(xué)習(xí)和站表建立算法，交換機(jī)之間不允許存在回路，一旦存在回路，必須啟動(dòng)生成樹算法，阻塞掉產(chǎn)生回路的端口。路由器的協(xié)議不存在這樣的問題，可以通過多條通路來平衡負(fù)載，提高可靠性。
2. 負(fù)載集中：交換機(jī)之間只能有一條通路，使得信息集中在一條信息鏈路上，不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，以平衡負(fù)載。路由器的算法可以避免這一點(diǎn)。
3. 廣播控制：交換機(jī)只能縮小沖突域，但是不能縮小廣播域。整個(gè)交換式網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)大的廣播域，廣播報(bào)文散到這個(gè)網(wǎng)絡(luò)。但是路由器可以隔離廣播域，讓廣播報(bào)文不能隨意廣播。
4. 子網(wǎng)劃分：交換機(jī)只能識別MAC地址。這個(gè)地址是物理地址，因此交換機(jī)不能根據(jù)MAC進(jìn)行劃分子網(wǎng)，但是路由器可以自動(dòng)識別IP地址，這個(gè)地址是網(wǎng)絡(luò)管理員根據(jù)邏輯自動(dòng)分配的，因此是不會(huì)沖突和重復(fù)，路由器的主要作用就是連接不同的網(wǎng)絡(luò)。
5. 保密問題：雖說交換機(jī)也可以根據(jù)幀的源MAC地址、目的MAC地址等對幀實(shí)現(xiàn)過濾，但是路由器根據(jù)報(bào)文的地址、目的IP地址等對報(bào)文實(shí)施過濾，會(huì)更加方便和直觀。
6. 介質(zhì)相關(guān)：交換機(jī)作為橋接設(shè)備可以完成鏈路層和物理層的轉(zhuǎn)換，但是這種轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜，但是路由器較為簡單。
由此可見，路由器主要是完成相同或相似的物理介質(zhì)和鏈路協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，而不會(huì)涌來在物理層面之間進(jìn)行鏈接。相反的是，路由器主要用于不同網(wǎng)絡(luò)之間互聯(lián)，因此能連接不能物理介質(zhì)、鏈路層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。
路由器看似在功能上占據(jù)優(yōu)勢的，但其價(jià)格昂貴，且報(bào)文發(fā)送速度低。
交換機(jī)和路由器的功能相似，但是又相互矛盾，交換機(jī)速度快，但是抑制功能較弱，路由器抑制功能強(qiáng)，但是轉(zhuǎn)發(fā)速度慢。
五、第三層交換機(jī)和路由器的區(qū)別
由于第三層交換機(jī)本身也具備“路由”的功能，和傳統(tǒng)的路由總體來說是相似的，但是既然被單拉出來了，肯定和傳統(tǒng)路由也是有本質(zhì)區(qū)別的：
1. 功用不同
大家需要明確的一個(gè)概念是第三層交換機(jī)本質(zhì)還是交換機(jī)，只是附帶了一些路由器的功能，它的主要功能還是在數(shù)據(jù)交換，路由只是幫助設(shè)備適用面更廣、更加實(shí)用，擴(kuò)展其適用性。也就是說，第三層交換機(jī)同時(shí)兼具數(shù)據(jù)交換和路由兩種功能。
2. 適用的環(huán)境不一樣
第三層交換機(jī)的路由功能因?yàn)槭歉郊庸δ?，因?yàn)檫m用環(huán)境較為簡單，主要是簡單的局域網(wǎng)。路由器則不同，它的出現(xiàn)就是為了滿足不同類型網(wǎng)絡(luò)的連接，因此可以適用任何網(wǎng)絡(luò)，不管是局域網(wǎng)還是廣域網(wǎng)，它的優(yōu)勢在于選擇最佳路由、負(fù)荷分擔(dān)、鏈路備份和其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由信息的交換等。
3. 性能體現(xiàn)不一樣
從技術(shù)上來說，第三層交換機(jī)通過硬件執(zhí)行數(shù)據(jù)包交換，路由器則基于微處理器的軟件路由引擎執(zhí)行數(shù)據(jù)包交換。三層路由器在對數(shù)據(jù)進(jìn)行路由后，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)MAC地址和IP地址的映射表，當(dāng)相同數(shù)據(jù)再次出現(xiàn)時(shí)，這個(gè)數(shù)據(jù)就不用通過路由了，從而消除路由器帶來的延遲，提高數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)效率。
綜上，第三層交換機(jī)和路由器之間存在本質(zhì)的區(qū)別，但是從文章描述可以看出，在局域網(wǎng)進(jìn)行多子網(wǎng)連接時(shí)，最好選用三層交換機(jī)，特別是在不同子網(wǎng)數(shù)據(jù)交換頻繁的環(huán)境中。
相比較而言，路由器的功能比交換機(jī)強(qiáng)大，但其速度較慢，價(jià)格昂貴，三層交換機(jī)既有交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)速度，也有路由的良好控制功能，因此使用相對較廣。
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