二层交换机、三层交换机和路由器的基本工作原理..docx

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1、二层交换机:二层交换技术是发展比较成熟.二层交换机属数据链路层设备.可以识别数据包中的地址信息.依据地址进行转发.并将这些地址及对应的端口记录在自己内部的一个地址表中.详细如下：(1当交换机从某个端口收到一个数据包,它先读取包头中的源地址,这样它就知道源地址的机器是连在哪个端口上；(2再去读取包头中的目的地址,并在地址表中查找相应的端口(3如表中有及这目的地址对应的端口,把数据包卜脆豆制到这端口上三层交换机：三层交换技术就是将路由技术及交换技术合二为一的技术。在对第一个数据流进行路由后,它将会产生一个地址及地址的映射表，当同样的数据流再次通过时,将依据此表干脆从二层通过而不是再次路由，从而消退

2、了路由器进行路由选择而造成网络的延迟,提高了数据包转发的效率.路由器:传统地,路由器工作:七层协议中的第三层,其主要任务是接收来自个网络接口的数据包依据其中所含的目的地此确定转发到卜.个目的地址。因此.路由器首先得在转发珞由表中查找它的目的地址,若找到了目的地址,就在数据包的帧格前添加下一个地址，同时数据包头的(域也起先减数,并重新计算校验和。当数据包被送到输出端口时,它须要按依次等待，以便被传送到输出链路上。路由器在工作时能够依据某种路由通佶协议查找设备中的路由表。假如到某特定节点布.条以上的路径,则基本预先确定的路由准则是选择最优(或最经济的传输路径。由于各种网络段和其相互连接状况可能会因

3、环境改变而改变,因此路由状况的信息一股也按所运用的路由信息协议的规定而定时更新。主要区分:二层交换机工作在数据链路层,三层交换机工作在网络层,路由器工作在网络层。详细区分如下：二层交换机和三层交换机的区分：三层交换机运用了三层交换技术三层交换（也称多层交换技术,或交换技术是相对广传统交换概念而提出的。众所周知,传统的交换技术是在网络标准模型中的其次层一一数据链路层进行*作的,而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简洁地说,三层交换技术就是:二层交换技术+三层转发技术。三层交换技术的出现,解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必需依室路由器进行管理的局面,解决了传统路由器低

4、速、困难所造成的网络瓶颈问题。其原理是:假设两个运用协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在起先发送时,把自己的地址及B站的地址比较,推蜥B站是否及自己在同一子网内。若目的站B及发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。若两个站点不在同一子网内，如发送站要及目的站B通信，发送站A要向“缺省网关”发出（地址解析封包,而“缺省网关”的地址其实是三层交换机的三层交换模块。当发送站A对“缺省网关”的地址广播出一个恳求时，假如三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的地址,则向发送站A回豆B的地址。否则三层交换模块依据路由信息向B站广播一个恳求站得到此恳求后向三层交换模块回更其地址,三层交

5、换模块保存此地址并回任给发送站,同时将B站的地址发送到二层交换引擎的地址表中。从这以后，当A向B发送的数据包使全部交给二层交换处理,信息得以高速交换。由;仅仅在路由过程中才须要三层处理,绝大部分数据都通过二层交换转发,因此三层交换机的速度很快,接近二层交换机的速度，同时比相同路由器的价格低很多。其次层交换机和路由器的区分：传统交换机从网桥发展而来,属r其次层即数据链路层设备。它依据地址寻址,通过站表选择路由,站表的建立和维护由交换机自动进行。路由器属于第三层即网络层设备,它依据地址进行寻址,通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速，由于交换机只须识别帧中地址，F脆依据地址产生选择转发端口

6、算法简洁,便于实现,因此转发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问题.1 .回路:依据交换机地址学习和站表建立算法,交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路,必需启动生成树算法,堵塞掉产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载,提高牢性。2 .负载集中：交换机之间只能有一条通路,使得信息集中在一条通信链路上,不能进行动态安排，以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避开这一点路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。3 .广播限制：交换机只能缩小冲突域,而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域,广播报文散到整个

7、交换式网络。而路由器可以隔离广播域,广播报文不能通过路由器接着进行广播。4 .子网划分:交换机只能识别地址。地址是物理地址,而且采纳平坦的地址结构,因此不能依据地址来划分子网。而路由涔识别地址地址由网络管理员安排,是逻辑地址且地址具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以特别便利地用划分子网,路由器的主要功能就是用连接不同的网络。5 .保密问题：虽说交换机也可以依据帧的源地址、目的地址和其他帧中内容对帧实施过滤,但路由器依据报文的源地址、目的地址、端口地址等内容对报文实施过海,更加直观便利。6 .介质相关:交换机作为桥接设备也能完成不同链路层和物理层之间的转换,但这种转换过程比较困难，不适合实

8、现,势必降低交换机的转发速度。因此目前交换机主要完成相同或相像物理介质和链路协议的网络互连,而不会用来在物理介质和傩路层协议相差甚元的网络之间进行互连。而路由器则不同,它主要用;不同网络之间互连,因此能连接不同物理介质、链路层协议和网络层协议的网络。路由器在功能上虽然占据了优势,但价格昂贵,报文转发速度低。近几年,交换机为提高性能做了很多改进,其中最突山的改进是虚拟网络和三层交换。划分子网可以缩小广播域,削减广播风暴对网络的膨响。路由器每一接口连接一个子网,广播报文不能经过路由器广播出去,连接在路由器不同接口的子网屈:不同子网，子网范围由路由器物理划分。对交换机而言,每一个端口对应个网段，由于

9、子网由若干网段构成,通过对交换机端口的组合，可以逻辑划分了网。广播报文只能在了网内广播,不能扩散到别的子网内，通过合理划分逻辑子网,达到限制广播的目的。由于逻辑子网由交换机端口随意组合,没有物理上的相关性,因此称为虚拟子网,或叫虚拟网。虚拟网技术不用路由器就解决了广播报文的隔离问题,且虚拟网内网段及其物理位词无关,即相邻网段可以属于不同虚拟网，而相隔甚远的两个网段可能属于不同虚拟网，而相隔甚远的两个网段可能属于同一个虚拟网。不同虚拟网内的终端之间不能相互通信，增加了对网络内数据的访问限制。交换机和路由器是性能和功能的冲突体,交换机交换速度快,但限制功能弱,路由瑞限制性能强,但报文转发速度慢。解

10、决这个冲突的最新技术是三层交换,既有交换机线速转发报文实力，乂有路由器良好的限制功能。第三层交换机和路由器的区分:在第三层交换技术出现之前,几乎没有必要将路由功能器件和路由器区分开来,他们完全是相同的:供应路由功能正在路由器的工作，然而,现在第三层交换机完全能够执行传统路由器的大多数功能。作为网络互连的设备,第三层交换机具有以下特征：1.转发基于第三层地址的业务流：2 .完全交换功能：3 .可以完成特别服务,如报文过渡或认证；4 .执行或不执行路由处理。第三层交换机及传统路由器相比有如下优点：I.子网间传输带宽可随意安排:传统路由器每个接口连接一个子网,子网通过路由器进行传输的速率被接口的带宽

11、所限制。而三层交换机则不同,它可以把多个端11定义成一个虚拟网,把多个端11组成的虚拟网作为虚拟网接口，该虚拟网内信息可通过组成虚拟网的端口送给三层交换机，由于端口数可随意指定,子网间传输带宽没有限制，5 .合理配屋信息资源:由于访问子网内资源速率和访问全局网中资源速率没有区分,子网设置单独服务器的意义不大,通过在全局网中设置服务器群不仅节约费用，更可以合理配置信息资源。6 .降低成本:通冠的网络设计用交换机构成子网,用路由器进行子网间互连。H前采纳三层交换机进行网络设计,既可以进行随意虚拟子网划分，乂可以通过交换机三层路由功能完成了网间通信，为此节约了价格昂贵的路由器。7 .交换机之间连接敏

12、捷:作为交换机,它们之间不允许存在回路,作为路由器,又可有多条通路来提高可靠性、平衡负载。三层交换机用生成树算法堵塞造成回路的端II,但进行路由选择时，依旧把堵塞掉的通路作为可选路径参及路由选择计算机网络往往由很多种不同类型的网络互连连接而成，假如几个计算机网络只是在物理上连接在起,它们之间并不能进行通信,那么这种“互连”并没有什么实际意义。因此通常在谈到“互连”时,就已经示意这些相互连接的计算机是可以进行通信的,也就是说,从功能上和逻辑上看,这些计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络,或称为互联网络,也可简称为互联网、互连网。将网络相互连接起来要运用些中间设备（或中间系统的术语称之为中维（

13、系统。依据中继系统所在的层次,可以有以下五种中维系统：1.物理层（即常说的第一层、层1.I中继系统,即转发器（。2 .数据链路层（即其次层,层1.2,即网桥或桥接器Q3 .网络层（第三层,层1.3中继系统,即路由器Q4 .网桥和路由器的混合物桥路器（兼有网桥和路由器的功能。5 .在网络层以上的中继系统,即网关（.当中继系统是转发器时,一般不称之为网络互联,因为这仅仅是把一个网络扩大而这仍旧是一个网络。高层网关由于比较困难，目前运用得较少。因此一般探讨网络互连时都是指用交换机和路由器进行互联的网络。本文主要阐述交换机和路由器及其区分。2交换机和路由器“交换”是今曰网络里出现频率最高的一个词,从桥

14、接到路由到直至电话系统,无论何种场合都可将其套用,搞不清究竟什么才是真正的交换。其实交换一词最早出现电话系统,特指实现两个不同电话机之间话音信号的交换,完成该工作的设备就是电话交换机。所以从本意上来讲,交换只是种技术概念,即完成信号由设备入口到出口的转发。因此,只要是和符合该定义的全部设备都可被称为交换设备。由此可见，“交换”是一个涵义广泛的词语,当它被用来描述数据网络其次层的设备时,实际指的是一个桥接设备;而当它被用来描述数据网络第三层的设备时，乂指的是一个路由设瞽。我们常常说到的以太网交换机实际是一个基广网桥技术的多端11其次层网络设备,它为数据帧从个端口到另个随意端口的转发供应了低时延、

15、低开销的通路。由此可见,交换机内部核心处应当有一个交换矩阵,为意两端口间的通信供应通路,或是一个快速交换总线，以使由随意端口接收的数据帧从其他端11送出.在实际设备中，交换矩阵的功能往往由特地的芯片（完成。另外,以太网交换机在设计思想上有个重要的假设，即交换核心的速度特别之快，以致通常的大流氓数据不会使其产生拥塞,换句话说,交换的实力相对于所传信息量而无穷大（及此相反交换机在设计上的思路是,认为交换的实力相对所传信息量而言有限。虽然以太网其次层交换机是基于多端口网桥发展而来,但终归交换有其更丰富的特性,使之不但是获得更多带宽的最好途径,而且还使网络更易管理。而路由器是协议模型的网络层中的分组交

16、换设备（或网络层中继设备,路由器的基本功能是把数据（报文传送到正确的网络,包括：1数据报的转发,包括数据报的寻径和传送；2.子网隔离,抑制广播风暴:3.维护路由表,并及其他路由器交换路由侑息,这是报文转发的基础。4数据报的差错处理及简洁的拥塞限制；5.实现对数据报的过滤和记帐。交换机：交换的概念和原理：交换是依据通信两端传输信息的须要,用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术统称。广义的交换机就是种在通信系统中完成信息交换功能的设备.在计算机网络系统中，交换概念的提出是对于共享工作模式的改进。我们以前介绍过的集线器就是一种共享设备本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时,数据包在以为架构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据包头的地址信