路由基礎(chǔ)知識(shí)：三層交換機(jī)與二層交換機(jī)技術(shù)對(duì)比

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

從硬件上看，第二層交換機(jī)的接口模塊都是通過(guò)高速背板/總線（速率可高達(dá)幾十Gbit/s）交換數(shù)據(jù)的，在第三層交換機(jī)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(shù)據(jù)，從而突破了傳統(tǒng)的外接路由器接口速率的限制。在軟件方面，第三層交換機(jī)也有重大的舉措，它將傳統(tǒng)的基于軟件的路由器軟件進(jìn)行了界定。其做法是：

對(duì)于數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)：如IP/IPX包的轉(zhuǎn)發(fā)，這些規(guī)律的過(guò)程通過(guò)硬件得以高速實(shí)現(xiàn)。對(duì)于第三層路由軟件：如路由信息的更新、路由表維護(hù)、路由計(jì)算、路由的確定等功能，用優(yōu)化、高效的軟件實(shí)現(xiàn)。假設(shè)兩個(gè)使用IP協(xié)議的機(jī)器通過(guò)第三層交換機(jī)進(jìn)行通信的過(guò)程，機(jī)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(jī)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(jī)器是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。若目的機(jī)器B與機(jī)器A在同一子網(wǎng)內(nèi)，A廣播一個(gè)ARP請(qǐng)求，B返回其MAC地址，A得到目的機(jī)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(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，第二層交換模塊查找MAC地址表確定將數(shù)據(jù)包發(fā)向目的端口。

若兩個(gè)機(jī)器不在同一子網(wǎng)內(nèi)，如發(fā)送機(jī)器A要與目的機(jī)器C通信，發(fā)送機(jī)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(tǒng)軟件中設(shè)置。這個(gè)IP地址實(shí)際上對(duì)應(yīng)第三層交換機(jī)的第三層交換模塊。所以當(dāng)發(fā)送機(jī)器A對(duì)“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址廣播出一個(gè)ARP請(qǐng)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(jī)器C的MAC地址，則向發(fā)送機(jī)器A回復(fù)C的MAC地址；否則第三層交換模塊根據(jù)路由信息向目的機(jī)器廣播一個(gè)ARP請(qǐng)求，目的機(jī)器C得到此ARP請(qǐng)示后向第三層交換模塊回復(fù)其MAC地址，第三層交換模塊保存此地址并回復(fù)給發(fā)送機(jī)器A。以后，當(dāng)再進(jìn)行A與C之間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)，將用最終的目的機(jī)器的MAC地址封裝，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(jī)的硬件結(jié)合使得數(shù)據(jù)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?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)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(tǒng)的外接路由器那樣需增加端口，保護(hù)了用戶的投資。

三種技術(shù)的對(duì)比

可以看出，二層交換機(jī)主要用在小型局域網(wǎng)中，機(jī)器數(shù)量在二、三十臺(tái)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(jī)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(fèi)用，所以沒(méi)有必要使用路由器，當(dāng)然也沒(méi)有必要使用三層交換機(jī)。

三層交換機(jī)是為IP設(shè)計(jì)的，接口類(lèi)型簡(jiǎn)單，擁有很強(qiáng)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(dǎo)致不同網(wǎng)段這間存在大量的互訪，單純使用二層交換機(jī)沒(méi)辦法實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間的互訪而單純使用路由器，則由于端口數(shù)量有限，路由速度較慢，而限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和訪問(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(jī)結(jié)合而成的三層交換機(jī)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(qiáng)，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(jī)甚至二層交換機(jī)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(shè)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(fù)載分擔(dān)，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(jī)，但是否使用三層交換機(jī)，則視具體情況而下。影響的因素主要有網(wǎng)絡(luò)流量、響應(yīng)速度要求和投資預(yù)算等。三層交換機(jī)的最重要目的是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)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(qiáng)。在網(wǎng)絡(luò)流量很大的情況下，如果三層交換機(jī)既做網(wǎng)內(nèi)的交換，又做網(wǎng)間的路由，必然會(huì)大大加重了它的負(fù)擔(dān)，影響響應(yīng)速度。在網(wǎng)絡(luò)流量很大，但又要求響應(yīng)速度很高的情況下由三層交換機(jī)做網(wǎng)內(nèi)的交換，由路由器專(zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)網(wǎng)間的路由工作，這樣可以充分發(fā)揮不同設(shè)備的優(yōu)勢(shì)，是一個(gè)很好的配合。當(dāng)然，如果受到投資預(yù)算的限制，由三層交換機(jī)兼做網(wǎng)間互連，也是個(gè)不錯(cuò)的選擇。

編輯：博子