路由基礎知識：三層交換機與二層交換機技術(shù)對比

路由器與交換機是組網(wǎng)中非常重要的兩種設備，首先讓大家了解下交換機與路由器的綜合應用，然后全面介紹三層交換機與二層交換機技術(shù)對比。一個(gè)具有第三層交換功能的設備是一個(gè)帶有第三層路由功能的第二層交換機，但它是二者的有機結合，并不是簡(jiǎn)單的把路由器設備的硬件及軟件簡(jiǎn)單地疊加在局域網(wǎng)交換機上。

從硬件上看，第二層交換機的接口模塊都是通過(guò)高速背板/總線(xiàn)（速率可高達幾十Gbit/s）交換數據的，在第三層交換機中，與路由器有關(guān)的第三層路由硬件模塊也插接在高速背板/總線(xiàn)上，這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊間高速的交換數據，從而突破了傳統的外接路由器接口速率的限制。在軟件方面，第三層交換機也有重大的舉措，它將傳統的基于軟件的路由器軟件進(jìn)行了界定。其做法是：

對于數據包的轉發(fā)：如IP/IPX包的轉發(fā)，這些規律的過(guò)程通過(guò)硬件得以高速實(shí)現。對于第三層路由軟件：如路由信息的更新、路由表維護、路由計算、路由的確定等功能，用優(yōu)化、高效的軟件實(shí)現。假設兩個(gè)使用IP協(xié)議的機器通過(guò)第三層交換機進(jìn)行通信的過(guò)程，機器A在開(kāi)始發(fā)送時(shí)，已知目的IP地址，但尚不知道在局域網(wǎng)上發(fā)送所需要的MAC地址。要采用地址解析（ARP）來(lái)確定目的MAC地址。機器A把自己的IP地址與目的IP地址比較，從其軟件中配置的子網(wǎng)掩碼提取出網(wǎng)絡(luò )地址來(lái)確定目的機器是否與自己在同一子網(wǎng)內。若目的機器B與機器A在同一子網(wǎng)內，A廣播一個(gè)ARP請求，B返回其MAC地址，A得到目的機器B的MAC地址后將這一地址緩存起來(lái)，并用此MAC地址封包轉發(fā)數據，第二層交換模塊查找MAC地址表確定將數據包發(fā)向目的端口。

若兩個(gè)機器不在同一子網(wǎng)內，如發(fā)送機器A要與目的機器C通信，發(fā)送機器A要向“缺省網(wǎng)關(guān)”發(fā)出ARP包，而“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址已經(jīng)在系統軟件中設置。這個(gè)IP地址實(shí)際上對應第三層交換機的第三層交換模塊。所以當發(fā)送機器A對“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址廣播出一個(gè)ARP請求時(shí)，若第三層交換模塊在以往的通信過(guò)程中已得到目的機器C的MAC地址，則向發(fā)送機器A回復C的MAC地址；否則第三層交換模塊根據路由信息向目的機器廣播一個(gè)ARP請求，目的機器C得到此ARP請示后向第三層交換模塊回復其MAC地址，第三層交換模塊保存此地址并回復給發(fā)送機器A。以后，當再進(jìn)行A與C之間數據包轉發(fā)進(jìn)，將用最終的目的機器的MAC地址封裝，數據轉發(fā)過(guò)程全部交給第二層交換處理，信息得以高速交換。既所謂的一次選路，多次交換。

第三層交換具有以下突出特點(diǎn)：有機的硬件結合使得數據交換加速；優(yōu)化的路由軟件使 得路由過(guò)程效率提高；除了必要的路由決定過(guò)程外，大部分數據轉發(fā)過(guò)程由第二層交換處理；多個(gè)子網(wǎng)互連時(shí)只是與第三層交換模塊的邏輯連接，不象傳統的外接路由器那樣需增加端口，保護了用戶(hù)的投資。

三種技術(shù)的對比

可以看出，二層交換機主要用在小型局域網(wǎng)中，機器數量在二、三十臺以下，這樣的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下，廣播包影響不大，二層交換機的快速交換功能、多個(gè)接入端口和低廉價(jià)格為小型網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)提供了很完善的解決方案。在這種小型網(wǎng)絡(luò )中根本沒(méi)必要引入路由功能從而增加管理的難度和費用，所以沒(méi)有必要使用路由器，當然也沒(méi)有必要使用三層交換機。

三層交換機是為IP設計的，接口類(lèi)型簡(jiǎn)單，擁有很強二層包處理能力，所以適用于大型局域網(wǎng)，為了減小廣播風(fēng)暴的危害，必須把大型局域網(wǎng)按功能或地域等因素劃他成一個(gè)一個(gè)的小局域網(wǎng)，也就是一個(gè)一個(gè)的小網(wǎng)段，這樣必然導致不同網(wǎng)段這間存在大量的互訪(fǎng)，單純使用二層交換機沒(méi)辦法實(shí)現網(wǎng)間的互訪(fǎng)而單純使用路由器，則由于端口數量有限，路由速度較慢，而限制了網(wǎng)絡(luò )的規模和訪(fǎng)問(wèn)速度，所以這種環(huán)境下，由二層交換技術(shù)和路由技術(shù)有機結合而成的三層交換機就最為適合。

路由器端口類(lèi)型多，支持的三層協(xié)議多，路由能力強，所以適合于在大型網(wǎng)絡(luò )之間的互連，雖然不少三層交換機甚至二層交換機都有異質(zhì)網(wǎng)絡(luò )的互連端口，但一般大型網(wǎng)絡(luò )的互連端口不多，互連設備的主要功能不在于在端口之間進(jìn)行快速交換，而是要選擇最佳路徑，進(jìn)行負載分擔，鏈路備份和最重要的與其它網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行路由信息交換，所有這些都是路由完成的功能。

在這種情況下，自然不可能使用二層交換機，但是否使用三層交換機，則視具體情況而下。影響的因素主要有網(wǎng)絡(luò )流量、響應速度要求和投資預算等。三層交換機的最重要目的是加快大型局域網(wǎng)內部的數據交換，揉合進(jìn)去的路由功能也是為這目的服務(wù)的，所以它的路由功能沒(méi)有同一檔次的專(zhuān)業(yè)路由器強。在網(wǎng)絡(luò )流量很大的情況下，如果三層交換機既做網(wǎng)內的交換，又做網(wǎng)間的路由，必然會(huì )大大加重了它的負擔，影響響應速度。在網(wǎng)絡(luò )流量很大，但又要求響應速度很高的情況下由三層交換機做網(wǎng)內的交換，由路由器專(zhuān)門(mén)負責網(wǎng)間的路由工作，這樣可以充分發(fā)揮不同設備的優(yōu)勢，是一個(gè)很好的配合。當然，如果受到投資預算的限制，由三層交換機兼做網(wǎng)間互連，也是個(gè)不錯的選擇。

編輯：博子