二层交换机，三层交换机的区别

Posted 2022-12-03 Ijuan_0712

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MAC地
址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地
址表中。具体的工作流程如下：


（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MAC地址，这样它就知道
源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；


（2） 再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；


（3） 如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；


（4） 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应
时，交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所
有端口进行广播了。


不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和
维护它自己的地址表。


从二层交换机的工作原理可以推知以下三点：


（1） 由于交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就要求具有很宽的交换总线带宽，
如果二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超过N×M，那么这交换
机就可以实现线速交换；


（2） 学习端口连接的机器的MAC地址，写入地址表，地址表的大小（一般两种表示方式：
一为BEFFER RAM，一为MAC表项数值），地址表大小影响交换机的接入容量；


（3） 还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC （Applicati
on specific Integrated Circuit）芯片，因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家
采用ASIC不同，直接影响产品性能。


以上三点也是评判二三层交换机性能优劣的主要技术参数，这一点请大家在考虑设备选型
时注意比较。


（二）路由技术


路由器工作在OSI模型的第三层---网络层操作，其工作模式与二层交换相似，但路由器工
作在第三层，这个区别决定了路由和交换在传递包时使用不同的控制信息，实现功能的方
式就不同。工作原理是在路由器的内部也有一个表，这个表所标示的是如果要去某一个地
方，下一步应该向那里走，如果能从路由表中找到数据包下一步往那里走，把链路层信息
加上转发出去；如果不能知道下一步走向那里，则将此包丢弃，然后返回一个信息交给源
地址。


路由技术实质上来说不过两种功能：决定最优路由和转发数据包。路由表中写入各种信息
，由路由算法计算出到达目的地址的最佳路径，然后由相对简单直接的转发机制发送数据
包。接受数据的下一台路由器依照相同的工作方式继续转发，依次类推，直到数据包到达
目的路由器。


而路由表的维护，也有两种不同的方式。一种是路由信息的更新，将部分或者全部的路由
信息公布出去，路由器通过互相学习路由信息，就掌握了全网的拓扑结构，这一类的路由
协议称为距离矢量路由协议；另一种是路由器将自己的链路状态信息进行广播，通过互相
学习掌握全网的路由信息，进而计算出最佳的转发路径，这类路由协议称为链路状态路由
协议。


由于路由器需要做大量的路径计算工作，一般处理器的工作能力直接决定其性能的优劣。
当然这一判断还是对中低端路由器而言，因为高端路由器往往采用分布式处理系统体系设
计。


（三）三层交换技术


近年来的对三层技术的宣传，耳朵都能起茧子，到处都在喊三层技术，有人说这是个非常
新的技术，也有人说，三层交换嘛，不就是路由器和二层交换机的堆叠，也没有什么新的
玩意，事实果真如此吗？下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。




组网比较简单


使用IP的设备A------------------------三层交换机------------------------使用IP的
设备B


比如A要给B发送数据，已知目的IP，那么A就用子网掩码取得网络地址，判断目的IP是否与
自己在同一网段。


如果在同一网段，但不知道转发数据所需的MAC地址，A就发送一个ARP请求，B返回其MAC地
址，A用此MAC封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，查找MAC地址表，将
数据包转发到相应的端口。


如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和B的通讯，在流缓存条目中没有对应
MAC地址条目，就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统
中已经设好，对应第三层路由模块，所以可见对于不是同一子网的数据，最先在MAC表中放
的是缺省网关的MAC地址；然后就由三层模块接收到此数据包，查询路由表以确定到达B的
路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址，以主机B的MAC地址
为目的MAC地址。通过一定的识别触发机制，确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对应关
系，并记录进流缓存条目表，以后的A到B的数据，就直接交由二层交换模块完成。这就通
常所说的一次路由多次转发。


以上就是三层交换机工作过程的简单概括，可以看出三层交换的特点：


由硬件结合实现数据的高速转发。


这就不是简单的二层交换机和路由器的叠加，三层路由模块直接叠加在二层交换的高速背
板总线上，突破了传统路由器的接口速率限制，速率可达几十Gbit/s。算上背板带宽，这
些是三层交换机性能的两个重要参数。


简洁的路由软件使路由过程简化。


大部分的数据转发，除了必要的路由选择交由路由软件处理，都是又二层模块高速转发，
路由软件大多都是经过处理的高效优化软件，并不是简单照搬路由器中的软件。


结论


二层交换机用于小型的局域网络。这个就不用多言了，在小型局域网中，广播包影响不大
，二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低谦价格为小型网络用户提供了很完善的
解决方案。


路由器的优点在于接口类型丰富，支持的三层功能强大，路由能力强大，适合用于大型的
网络间的路由，它的优势在于选择最佳路由，负荷分担，链路备份及和其他网络进行路由
信息的交换等等路由器所具有功能。