交换机与路由器的区别

交换机与路由器的区别

一文看懂IP、UDP和TCP三者的关系

盘算机网络往往由许多种差别类型的网络互连毗邻而成。若是几个盘算机网络只是在物理上毗邻在一起,它们之间并不能举行通讯,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,就已经表示这些相互毗邻的盘算机是可以举行通讯的,也就是说,从功效上和逻辑上看,这些盘算机网络已经组成了一个大型 的盘算机网络,或称为互联网络,也可简称为互联网、互连网。

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将网络相互毗邻起来要使用一些中心装备(或中心系统),ISO的术语称之为中继(relay)系统。凭据中继系统所在的条理,可以有以下五种中继系统:

  • 1.物理层(即常说的第一层、层L1)中继系统,即转发器(repeater)。
  • 2.数据链路层(即第二层,层L2),即网桥或桥接器(bridge)。
  • 3.网络层(第三层,层L3)中继系统,即路由器(router)。
  • 4.网桥和路由器的混合物桥路器(brouter)兼有网桥和路由器的功效。
  • 5.在网络层以上的中继系统,即网关(gateway).

当中继系统是转发器时,一样平常不称之为网络互联,由于这仅仅是把一个网络扩大了,而这仍然是一个网络。高层网关由于对照庞大,现在使用得较少。因此一样平常讨论网络互连时都是指用交流机和路由器举行互联的网络。本文主要论述交流机和路由器及其区别。

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一、交流机和路由器

“交流”是今天网络里泛起频率最高的一个词,从桥接到路由到ATM直至电话系统,无论何种场所都可将其套用,搞不清到底什么才是真正的交流。实在交流一词 最早泛起于电话系统,特指实现两个差别电话机之间话音信号的交流,完成该事情的装备就是电话交流机。以是从本意上来讲,交流只是一种手艺观点,即完成信号 由装备入口到出口的转发。因此,只要是和符合该界说的所有装备都可被称为交流装备。

由此可见,“交流”是一个涵义普遍的词语,当它被用来形貌数据网络第二 层的装备时,现实指的是一个桥接装备;而当它被用来形貌数据网络第三层的装备时,又指的是一个路由装备。

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我们经常说到的以太网交流机现实是一个基于网桥手艺的多端口第二层网络装备,它为数据帧从一个端口到另一个随便端口的转发提供了低时延、低开销的通路。

由此可见,交流机内部焦点处应该有一个交流矩阵,为随便两端口间的通讯提供通路,或是一个快速交流总线,以使由随便端口吸收的数据帧从其他端口送出。

在实 际装备中,交流矩阵的功效往往由专门的芯片(ASIC)完成。另外,以太网交流机在设计头脑上有一个主要的假设,即交流焦点的速率异常之快,以致通常的大 流量数据不会使其发生拥塞,换句话说,交流的能力相对于所传信息量而无穷大(与此相反,ATM交流机在设计上的思绪是,以为交流的能力相对所传信息量而言有限)。

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虽然以太网第二层交流机是基于多端口网桥生长而来,但毕竟交流有其更厚实的特征,使之不只是获得更多带宽的最好途径,而且还使网络更易治理。

而路由器是OSI协议模子的网络层中的分组交流装备(或网络层中继装备),路由器的基本功效是把数据(IP报文)传送到准确的网络,包罗:

  • 1.IP数据报的转发,包罗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,并与其他路由器交流路由信息,这是IP报文转发的基础。
  • 4.IP数据报的差错处置及简朴的拥塞控制;
  • 5.实现对IP数据报的过滤和记帐。

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对于差别地规模的网络,路由器的作用的侧重点有所差别。

在主干网上,路由器的主要作用是路由选择。主干网上的路由器,必须知道到达所有下层网络的路径。这需要维护重大的路由表,并对毗邻状态的转变作出尽可能迅速的反映。路由器的故障将会导致严重的信息传输问题。

在区域网中,路由器的主要作用是网络毗邻和路由选择,即毗邻下层各个下层网络单元--园区网,同时卖力下层网络之间的数据转发。

在园区网内部,路由器的主要作用是分开子网。早期的互连网下层单元是局域网(LAN),其中所有主机处于统一逻辑网络中。随着网络规模的不停扩大,局域网 演变成以高速主干和路由器毗邻的多个子网所组成的园区网。在其中,处个子网在逻辑上自力,而路由器就是唯一能够分开它们的装备,它卖力子网间的报文转发和 广播隔离,在界限上的路由器则卖力与上层网络的毗邻。

二、第二层交流机和路由器的区别

传统交流机从网桥生长而来,属于OSI第二层即数据链路层装备。它凭据mac地址寻址,通过站表选择路由,站表的确立和维护由交流机自动举行。

路由器属于 OSI第三层即网络层装备,它凭据IP地址举行寻址,通过路由表路由协议发生。

交流机最大的利益是快速,由于交流机只须识别帧中MAC地址,直接凭据 MAC地址发生选择转发端口算法简朴,便于ASIC实现,因此转发速率极高。

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但交流机的事情机制也带来一些问题。

  • 1.回路:凭据交流机地址学习和站表确立算法,交流机之间不允许存在回路。一旦存在回路,必须启动天生树算法,壅闭掉发生回路的端口。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,提高可靠性。
  • 2.负载集中:交流机之间只能有一条通路,使得信息集中在一条通讯链路上,不能举行动态分配,以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以制止这一点,OSPF路由协议算法不只能发生多条路由,而且能为差其余网络应用选择各自差其余最佳路由。
  • 3.广播控制:交流机只能缩小冲突域,而不能缩小广播域。整个交流式网络就是一个大的广播域,广播报文散到整个交流式网络。而路由器可以隔离广播域,广播报文不能通过路由器继续举行广播。
  • 4.子网划分:交流机只能识别MAC地址。MAC地址是物理地址,而且接纳平展的地址结构,因此不能凭据MAC地址来划分子网。而路由器识别IP地 址,IP地址由网络治理员分配,是逻辑地址且IP地址具有条理结构,被划分成网络号和主机号,可以异常利便地用于划分子网,路由器的主要功效就是用于毗邻 差其余网络。
  • 5.保密问题:虽说交流机也可以凭据帧的源MAC地址、目的MAC地址和其他帧中内容对帧实行过滤,但路由器凭据报文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等内容对报文实行过滤,加倍直观利便。
  • 6.介质相关:交流机作为桥接装备也能完成差别链路层和物理层之间的转换,但这种转换历程对照庞大,不适合ASIC实现,势必降低交流机的转发速率。

因此 现在交流机主要完成相同或相似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链路层协议相差甚元的网络之间举行互连。而路由器则差别,它主要用于 差别网络之间互连,因此能毗邻差别物理介质、链路层协媾和网络层协议的网络。路由器在功效上虽然占有了优势,但价钱昂贵,报文转发速率低。

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近几年,交流机为提高性能做了许多改善,其中最突出的改善是虚拟网络和三层交流。

划分子网可以缩小广播域,削减广播风暴对网络的影响。路由器每一接口毗邻一个子网,广播报文不能经由路由器广播出去,毗邻在路由器差别接口的子网属于差别子网,子网局限由路由器物理划分。对交流机而言,每一个端口对应一个网段,由于子网由若干网段组成,通过对交流机端口的组合,可以逻辑划分子网。广播报文只能在子网内广播,不能扩散到其余子网内,通过合理划分逻辑子网,到达控制广播的目的。由于逻辑子网由交流机端口随便组合,没有物理上的相关性,因此称为虚拟子网,或叫虚拟网。虚拟网手艺不用路由器就解决了广播报文的隔离问题,且虚拟网内网段与其物理位置无关,即相邻网段可以属于差别虚拟网,而相隔甚远的 两个网段可能属于差别虚拟网,而相隔甚远的两个网段可能属于统一个虚拟网。差别虚拟网内的终端之间不能相互通讯,增强了对网络内数据的接见控制。

交流机和路由器是性能和功效的矛盾体,交流机交流速率快,但控制功效弱,路由器控制性能强,但报文转发速率慢。

解决这个矛盾的手艺是三层交流,既有交流机线速转发报文能力,又有路由器优越的控制功效。

三、第三层交流机和路由器的区别

在第三层交流手艺泛起之前,险些没有必要将路由功效器件和路由器区别开来,他们完全是相同的:提供路由功效正在路由器的事情,然而,现在第三层交流机完全能够执行传统路由器的大多数功效。

1、作为网络互连的装备,第三层交流机具有以下特征:

  • 1).转发基于第三层地址的营业流;
  • 2).完全交流功效;
  • 3).可以完成特殊服务,如报文过滤或认证;
  • 4).执行或不执行路由处置。

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2、第三层交流机与传统路由器相比有如下优点:

  • 1).子网间传输带宽可随便分配:传统路由器每个接口毗邻一个子网,子网通过路由器举行传输的速率被接口的带宽所限制。而三层交流机则差别,它可以把多个端口界说成一个虚拟网,把多个端口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流机,由于端口数可随便指定,子网间传输带宽没有限制。
  • 2).合理设置信息资源:由于接见子网内资源速率和接见全局网中资源速率没有区别,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用度,更可以合理设置信息资源。
  • 3).降低成本:通常的网络设计用交流机组成子网,用路由器举行子网间互连。现在接纳三层交流机举行网络设计,既可以举行随便虚拟子网划分,又可以通过交流机三层路由功效完成子网间通讯,为此节约了价钱昂贵的路由器。
  • 4).交流机之间毗邻天真:作为交流机,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。三层交流机用天生树算法壅闭造成回路的端口,但举行路由选择时,依然把壅闭掉的通路作为可选路径介入路由选择。
  • 5)交流机和路由器是性能和功效的矛盾体,交流机交流速率快,但控制功效弱,路由器控制性能强,但报文转发速率慢。解决这个矛盾的最新手艺是三层交流,既有交流机线速转发报文能力,又有路由器优越的控制功效。

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3、三层交流机与路由器的主要区别

搞不清三层交流机和路由器之间的区别,最根本就是三层交流机也具有“路由”功效,与传统路由器的路由功效总体上是一致的。虽然云云,三层交流机与路由器照样存在着相当大的本质区其余:

1)主要功效差别

虽然三层交流机与路由器都具有路由功效,但我们不能因此而把它们等同起来,正如现在许多网络装备同时具备多种传统网络装备功效一样,就如现在有许多宽带路由器不仅具有路由功效,还提供了交流机端口、硬件防火墙功效,但不能把它与交流机或者防火墙等同起来一样。由于这些路由器的主要功效照样路由功效,其它功效只不过是其附加功效,其目的是使装备适用面更广、使其加倍适用。这里的三层交流机也一样,它仍是交流机产物,只不过它是具备了一些基本的路由功效的交流机,它的主要功效仍是数据交流。也就是说它同时具备了数据交流和路由 由发两种功效,但其主要功效照样数据交流;而路由器仅具有路由转发这一种主要功效。

2)主要适用的环境不一样

三层交流机的路由功效通常对照简朴,由于它所面临的主要是简朴的局域网毗邻。正因云云,三层交流机的路由功效通常对照简朴,路由路径远没有路由器那么庞大。它用在局域网中的主要用途照样提供快速数据交流功效,知足局域网数据交流频仍的应用特点。而路由器则差别,它的设计初哀就是为了知足差别类型的网络毗邻,虽然也适用于局域网之间的毗邻,但它的路由功效更多的体现在差别类型网络之间的互联上,如局域网与广域网之间的毗邻、差别协议的网络之间的毗邻等,以是路由器主要是用于差别类型的网络之间。它最主要的功效就是路由转发,解决好种种庞大路由路径网络的毗邻就是它的最终目的,以是路由器的路由功效通常异常壮大,不仅适用于同种协议的局域网间,更适用于差别协议的局域网与广域网间。它的优势在于选择最佳路由、负荷分管、链路备份及和其他网络举行路由信息的交流等等路由器所具有功效。

3)性能体现不一样

从手艺上讲,路由器和三层交流机在数据包交流操作上存在着显著区别。路由器一样平常由基于微处置器的软件路由引擎执行数据包交流,而三层交流机通过硬件执行数据包交流。三层交流机在对第一个数据流举行路由后,它将会发生一个MAC地址与IP地址的映射表,当同样的数据流再次通过时,将凭据此表直接从二层通过而不是再次路由,从而消除了路由器举行路由选择而造成网络的延迟,提高了数据包转发的效率。

同时,三层交流机的路由查找是针对数据流的,它行使缓存手艺,很容易行使ASIC手艺来实现,可以大大节约成本,并实现快速转发。而路由器的转发接纳最长匹配的方式,实现庞大,通常使用软件来实现,转发效率较低。正因云云,从整体性能上对照的话,三层交流机的性能要远优于路由器,异常适用于数据交流频仍的局域网中;而路由器虽然路由功效异常壮大,但它的数据包转发效率远低于三层交流机,更适合于数据交流不是很频仍的差别类型网络的互联,如局域网与互联网的互联。若是把路由器,特别是高等路由器用于局域网中,则在相当大程度上是一种虚耗(就其壮大的路由功效而言),而且还不能很好地知足局域网通讯性能需求,影响子网间的正常通讯。

综上所述,三层交流机与路由器之间照样存在着异常大的本质区其余。无论从哪方面来说,在局域网中举行多子网毗邻,最好还选用三层交流机,特别是在差别子网数据交流频仍的环境中。一方面可以确保子网间的通讯性能需求,另一方面省去了另外购置路由器的投资。固然,若是子网间的通讯不是很频仍,接纳路由器也无可厚非,也可到达子网平安隔离相互通讯的目的。详细要凭据现实需求来定。

四、三层交流机的宿世今生

交换机与路由器的区别插图(9)

三层交流机的最主要的目的是加速大型局域网内部的数据交流,所具有的路由功效也是为这目的服务的,能够做到一次路由,多次转发。对于数据包转发等规律性的历程由硬件高速实现,而像路由信息更新、路由表维护、路由盘算、路由确定等功效,由软件实现。

出于平安和治理利便的思量,主要是为了减小广播风暴的危害,必须把大型局域网按功效或地域等因素化成一个个小的局域网,这就使得VLAN手艺在网络中获得大量应用,而差别VLAN之间的通讯都要经由路由器来完成转发,随着网间互访的不停增添。单纯使用路由器来实现网间接见,不只由于端口数目有限,而且路由速率较慢。从而限制了网络的规模和接见速率。基于这种情形三层交流机便应用而生。三层交流机是为IP设计的,接口类型简朴;拥有很强二层包处置能力,异常适合用于大型局域网内的数据路由与交流,它既可以事情在协议第三层替换或是部门完成传统路由器的功效,同时又具有险些第二层交流的速率,且价钱相对廉价。

三层交流机泛起最主要的目的是加速大型局域网内部的数据交流,所具有的路由功效也多是围绕这个目的而睁开的,以是它的路由功效没有统一档次的专业路由器强。毕竟在平安、协议支持等方面另有许多欠缺,并不能完全取代路由器的事情。

在现实中的典型用法是:处于统一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLAN间的路由,用三层交流机来取代路由。而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域的网络接见,才通过专业路由器。

从表面上看,第三层交流机是第二层交流器与路由器的合二为一,然而这种连系并非简朴的物理连系,而是各取所长的逻辑连系。其主要表现是,当某一信息源的第一个数据流举行第三层交流后,其中的路由系统会发生一个MAC地址与IP地址的映射表,并将该表存储起来,当统一信息源的后续数据流再次进入交流环境时,交流机将凭据第一次发生并保留的地址映射表,直接从第二层由源地址传输到目的地址,不再经由第三路由系统处置,从而消除路由选择的网络延迟。

五、结论

综上所述,交流机一样平常用于lan-wan的毗邻,交流机归于网桥,是数据链路层的装备,有些交流机也可实现第三层的交流。路由器用于wan-wan之间的毗邻,可以解决异性网络之间转发分组,作用于网络层。他们只是从一条线路上接受输入分组,然后向另一条线路转发。这两条线路可能分属于差其余网络,并接纳差别协议。相对照而言,路由器的功效较交流秘密壮大,但速率相对也慢,价钱昂贵,第三层交流机既有交流机线速转发报文能力,又有路由器优越的控制功效,因此得以普遍使用。

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