計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)往往由許多種不同類型的網(wǎng)絡(luò)互連連接而成。如果幾個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)只是在物理上連接在一起，它們之間并不能進(jìn)行通信，那么這種“互連”并沒(méi)有什么實(shí)際意義。

因此通常在談到“互連”時(shí)，就已經(jīng)暗示這些相互連接的計(jì)算機(jī)是可以進(jìn)行通信的，也就是說(shuō)，從功能上和邏輯上看，這些計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)組成了一個(gè)大型的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，或稱為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，也可簡(jiǎn)稱為互聯(lián)網(wǎng)、互連網(wǎng)。

將網(wǎng)絡(luò)互相連接起來(lái)要使用一些中間設(shè)備(或中間系統(tǒng))，ISO的術(shù)語(yǔ)稱之為中繼(relay)系統(tǒng)。根據(jù)中繼系統(tǒng)所在的層次，可以有以下五種中繼系統(tǒng):

1.物理層(即常說(shuō)的第一層、層L1)中繼系統(tǒng)，即轉(zhuǎn)發(fā)器(repeater)。

2.數(shù)據(jù)鏈路層(即第二層，層L2)，即網(wǎng)橋或橋接器(bridge)。

3.網(wǎng)絡(luò)層(第三層，層L3)中繼系統(tǒng)，即路由器(router)。

4.網(wǎng)橋和路由器的混合物橋路器(brouter)兼有網(wǎng)橋和路由器的功能。

5.在網(wǎng)絡(luò)層以上的中繼系統(tǒng)，即網(wǎng)關(guān)(gateway).

當(dāng)中繼系統(tǒng)是轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，一般不稱之為網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，因?yàn)檫@僅僅是把一個(gè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大了，而這仍然是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。高層網(wǎng)關(guān)由于比較復(fù)雜，目前使用得較少。因此一般討論網(wǎng)絡(luò)互連時(shí)都是指用交換機(jī)和路由器進(jìn)行互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)。本文主要闡述交換機(jī)和路由器及其區(qū)別。

交換機(jī)和路由器

“交換”是今天網(wǎng)絡(luò)里出現(xiàn)頻率最高的一個(gè)詞，從橋接到路由到ATM直至電話系統(tǒng)，無(wú)論何種場(chǎng)合都可將其套用，搞不清到底什么才是真正的交換。其實(shí)交換一詞最早出現(xiàn)于電話系統(tǒng)，特指實(shí)現(xiàn)兩個(gè)不同電話機(jī)之間話音信號(hào)的交換，完成該工作的設(shè)備就是電話交換機(jī)。

所以從本意上來(lái)講，交換只是一種技術(shù)概念，即完成信號(hào)由設(shè)備入口到出口的轉(zhuǎn)發(fā)。因此，只要是和符合該定義的所有設(shè)備都可被稱為交換設(shè)備。由此可見(jiàn)，“交換”是一個(gè)涵義廣泛的詞語(yǔ)，當(dāng)它被用來(lái)描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第二層的設(shè)備時(shí)，實(shí)際指的是一個(gè)橋接設(shè)備;而當(dāng)它被用來(lái)描述數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)第三層的設(shè)備時(shí)，又指的是一個(gè)路由設(shè)備。

我們經(jīng)常說(shuō)到的以太網(wǎng)交換機(jī)實(shí)際是一個(gè)基于網(wǎng)橋技術(shù)的多端口第二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它為數(shù)據(jù)幀從一個(gè)端口到另一個(gè)任意端口的轉(zhuǎn)發(fā)提供了低時(shí)延、低開(kāi)銷的通路。

由此可見(jiàn)，交換機(jī)內(nèi)部核心處應(yīng)該有一個(gè)交換矩陣，為任意兩端口間的通信提供通路，或是一個(gè)快速交換總線，以使由任意端口接收的數(shù)據(jù)幀從其他端口送出。在實(shí)際設(shè)備中，交換矩陣的功能往往由專門的芯片(ASIC)完成。另外，以太網(wǎng)交換機(jī)在設(shè)計(jì)思想上有一個(gè)重要的假設(shè)，即交換核心的速度非常之快，以致通常的大流量數(shù)據(jù)不會(huì)使其產(chǎn)生擁塞，換句話說(shuō)，交換的能力相對(duì)于所傳信息量而無(wú)窮大(與此相反，ATM交換機(jī)在設(shè)計(jì)上的思路是，認(rèn)為交換的能力相對(duì)所傳信息量而言有限)。

雖然以太網(wǎng)第二層交換機(jī)是基于多端口網(wǎng)橋發(fā)展而來(lái)，但畢竟交換有其更豐富的特性，使之不但是獲得更多帶寬的最好途徑，而且還使網(wǎng)絡(luò)更易管理。

而路由器是OSI協(xié)議模型的網(wǎng)絡(luò)層中的分組交換設(shè)備(或網(wǎng)絡(luò)層中繼設(shè)備)，路由器的基本功能是把數(shù)據(jù)(IP報(bào)文)傳送到正確的網(wǎng)絡(luò)，包括:

1.IP數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)發(fā)，包括數(shù)據(jù)報(bào)的尋徑和傳送;

2.子網(wǎng)隔離，抑制廣播風(fēng)暴;

3.維護(hù)路由表，并與其他路由器交換路由信息，這是IP報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)的基礎(chǔ)。

4.IP數(shù)據(jù)報(bào)的差錯(cuò)處理及簡(jiǎn)單的擁塞控制;

5.實(shí)現(xiàn)對(duì)IP數(shù)據(jù)報(bào)的過(guò)濾和記帳。

對(duì)于不同地規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，路由器的作用的側(cè)重點(diǎn)有所不同。

在主干網(wǎng)上，路由器的主要作用是路由選擇。主干網(wǎng)上的路由器，必須知道到達(dá)所有下層網(wǎng)絡(luò)的路徑。這需要維護(hù)龐大的路由表，并對(duì)連接狀態(tài)的變化作出盡可能迅速的反應(yīng)。路由器的故障將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的信息傳輸問(wèn)題。

在地區(qū)網(wǎng)中，路由器的主要作用是網(wǎng)絡(luò)連接和路由選擇，即連接下層各個(gè)基層網(wǎng)絡(luò)單位--園區(qū)網(wǎng)，同時(shí)負(fù)責(zé)下層網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

在園區(qū)網(wǎng)內(nèi)部，路由器的主要作用是分隔子網(wǎng)。早期的互連網(wǎng)基層單位是局域網(wǎng)(LAN)，其中所有主機(jī)處于同一邏輯網(wǎng)絡(luò)中。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，局域網(wǎng)演變成以高速主干和路由器連接的多個(gè)子網(wǎng)所組成的園區(qū)網(wǎng)。在其中，處個(gè)子網(wǎng)在邏輯上獨(dú)立，而路由器就是唯一能夠分隔它們的設(shè)備，它負(fù)責(zé)子網(wǎng)間的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)和廣播隔離，在邊界上的路由器則負(fù)責(zé)與上層網(wǎng)絡(luò)的連接。

第二層交換機(jī)和路由器的區(qū)別

傳統(tǒng)交換機(jī)從網(wǎng)橋發(fā)展而來(lái)，屬于OSI第二層即數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。它根據(jù)MAC地址尋址，通過(guò)站表選擇路由，站表的建立和維護(hù)由交換機(jī)自動(dòng)進(jìn)行。路由器屬于OSI第三層即網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，它根據(jù)IP地址進(jìn)行尋址，通過(guò)路由表路由協(xié)議產(chǎn)生。

交換機(jī)最大的好處是快速，由于交換機(jī)只須識(shí)別幀中MAC地址，直接根據(jù)MAC地址產(chǎn)生選擇轉(zhuǎn)發(fā)端口算法簡(jiǎn)單，便于ASIC實(shí)現(xiàn)，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度極高。但交換機(jī)的工作機(jī)制也帶來(lái)一些問(wèn)題。

1.回路:根據(jù)交換機(jī)地址學(xué)習(xí)和站表建立算法，交換機(jī)之間不允許存在回路。一旦存在回路，必須啟動(dòng)生成樹(shù)算法，阻塞掉產(chǎn)生回路的端口。而路由器的路由協(xié)議沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題，路由器之間可以有多條通路來(lái)平衡負(fù)載，提高可靠性。

2.負(fù)載集中:交換機(jī)之間只能有一條通路，使得信息集中在一條通信鏈路上，不能進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配，以平衡負(fù)載。而路由器的路由協(xié)議算法可以避免這一點(diǎn)，OSPF路由協(xié)議算法不但能產(chǎn)生多條路由，而且能為不同的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用選擇各自不同的最佳路由。

3.廣播控制:交換機(jī)只能縮小沖突域，而不能縮小廣播域。整個(gè)交換式網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)大的廣播域，廣播報(bào)文散到整個(gè)交換式網(wǎng)絡(luò)。而路由器可以隔離廣播域，廣播報(bào)文不能通過(guò)路由器繼續(xù)進(jìn)行廣播。

4.子網(wǎng)劃分:交換機(jī)只能識(shí)別MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址結(jié)構(gòu)，因此不能根據(jù) MAC地址來(lái)劃分子網(wǎng)。而路由器識(shí)別IP地址，IP地址由網(wǎng)絡(luò)管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有層次結(jié)構(gòu)，被劃分成網(wǎng)絡(luò)號(hào)和主機(jī)號(hào)，可以非常方便地用于劃分子網(wǎng)，路由器的主要功能就是用于連接不同的網(wǎng)絡(luò)。

5.保密問(wèn)題:雖說(shuō)交換機(jī)也可以根據(jù)幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內(nèi)容對(duì)幀實(shí)施過(guò)濾，但路由器根據(jù)報(bào)文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等內(nèi)容對(duì)報(bào)文實(shí)施過(guò)濾，更加直觀方便。

6.介質(zhì)相關(guān):交換機(jī)作為橋接設(shè)備也能完成不同鏈路層和物理層之間的轉(zhuǎn)換，但這種轉(zhuǎn)換過(guò)程比較復(fù)雜，不適合ASIC實(shí)現(xiàn)，勢(shì)必降低交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)速度。因此目前交換機(jī)主要完成相同或相似物理介質(zhì)和鏈路協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)互連，而不會(huì)用來(lái)在物理介質(zhì)和鏈路層協(xié)議相差甚元的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行互連。

而路由器則不同，它主要用于不同網(wǎng)絡(luò)之間互連，因此能連接不同物理介質(zhì)、鏈路層協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)。路由器在功能上雖然占據(jù)了優(yōu)勢(shì)，但價(jià)格昂貴，報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)速度低。

近幾年，交換機(jī)為提高性能做了許多改進(jìn)，其中最突出的改進(jìn)是虛擬網(wǎng)絡(luò)和三層交換。

劃分子網(wǎng)可以縮小廣播域，減少?gòu)V播風(fēng)暴對(duì)網(wǎng)絡(luò)的影響。路由器每一接口連接一個(gè)子網(wǎng)，廣播報(bào)文不能經(jīng)過(guò)路由器廣播出去，連接在路由器不同接口的子網(wǎng)屬于不同子網(wǎng)，子網(wǎng)范圍由路由器物理劃分。

對(duì)交換機(jī)而言，每一個(gè)端口對(duì)應(yīng)一個(gè)網(wǎng)段，由于子網(wǎng)由若干網(wǎng)段構(gòu)成，通過(guò)對(duì)交換機(jī)端口的組合，可以邏輯劃分子網(wǎng)。廣播報(bào)文只能在子網(wǎng)內(nèi)廣播，不能擴(kuò)散到別的子網(wǎng)內(nèi)，通過(guò)合理劃分邏輯子網(wǎng)，達(dá)到控制廣播的目的。

由于邏輯子網(wǎng)由交換機(jī)端口任意組合，沒(méi)有物理上的相關(guān)性，因此稱為虛擬子網(wǎng)，或叫虛擬網(wǎng)。虛擬網(wǎng)技術(shù)不用路由器就解決了廣播報(bào)文的隔離問(wèn)題，且虛擬網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)段與其物理位置無(wú)關(guān)，即相鄰網(wǎng)段可以屬于不同虛擬網(wǎng)，而相隔甚遠(yuǎn)的兩個(gè)網(wǎng)段可能屬于不同虛擬網(wǎng)，而相隔甚遠(yuǎn)的兩個(gè)網(wǎng)段可能屬于同一個(gè)虛擬網(wǎng)。不同虛擬網(wǎng)內(nèi)的終端之間不能相互通信，增強(qiáng)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)控制。

交換機(jī)和路由器是性能和功能的矛盾體，交換機(jī)交換速度快，但控制功能弱，路由器控制性能強(qiáng)，但報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)速度慢。解決這個(gè)矛盾的技術(shù)是三層交換，既有交換機(jī)線速轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文能力，又有路由器良好的控制功能。

第三層交換機(jī)和路由器的區(qū)別

在第三層交換技術(shù)出現(xiàn)之前，幾乎沒(méi)有必要將路由功能器件和路由器區(qū)別開(kāi)來(lái)，他們完全是相同的:提供路由功能正在路由器的工作，然而，現(xiàn)在第三層交換機(jī)完全能夠執(zhí)行傳統(tǒng)路由器的大多數(shù)功能。作為網(wǎng)絡(luò)互連的設(shè)備，第三層交換機(jī)具有以下特征:

1.轉(zhuǎn)發(fā)基于第三層地址的業(yè)務(wù)流;

2.完全交換功能;

3.可以完成特殊服務(wù)，如報(bào)文過(guò)濾或認(rèn)證;

4.執(zhí)行或不執(zhí)行路由處理。

第三層交換機(jī)與傳統(tǒng)路由器相比有如下優(yōu)點(diǎn):

1.子網(wǎng)間傳輸帶寬可任意分配:傳統(tǒng)路由器每個(gè)接口連接一個(gè)子網(wǎng)，子網(wǎng)通過(guò)路由器進(jìn)行傳輸?shù)乃俾时唤涌诘膸捤拗?。而三層交換機(jī)則不同，它可以把多個(gè)端口定義成一個(gè)虛擬網(wǎng)，把多個(gè)端口組成的虛擬網(wǎng)作為虛擬網(wǎng)接口，該虛擬網(wǎng)內(nèi)信息可通過(guò)組成虛擬網(wǎng)的端口送給三層交換機(jī)，由于端口數(shù)可任意指定，子網(wǎng)間傳輸帶寬沒(méi)有限制。

2.合理配置信息資源:由于訪問(wèn)子網(wǎng)內(nèi)資源速率和訪問(wèn)全局網(wǎng)中資源速率沒(méi)有區(qū)別，子網(wǎng)設(shè)置單獨(dú)服務(wù)器的意義不大，通過(guò)在全局網(wǎng)中設(shè)置服務(wù)器群不僅節(jié)省費(fèi)用，更可以合理配置信息資源。

3.降低成本:通常的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)用交換機(jī)構(gòu)成子網(wǎng)，用路由器進(jìn)行子網(wǎng)間互連。目前采用三層交換機(jī)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，既可以進(jìn)行任意虛擬子網(wǎng)劃分，又可以通過(guò)交換機(jī)三層路由功能完成子網(wǎng)間通信，為此節(jié)省了價(jià)格昂貴的路由器。

4.交換機(jī)之間連接靈活:作為交換機(jī)，它們之間不允許存在回路，作為路由器，又可有多條通路來(lái)提高可靠性、平衡負(fù)載。三層交換機(jī)用生成樹(shù)算法阻塞造成回路的端口，但進(jìn)行路由選擇時(shí)，依然把阻塞掉的通路作為可選路徑參與路由選擇。

結(jié)論

綜上所述，交換機(jī)一般用于LAN-WAN的連接，交換機(jī)歸于網(wǎng)橋，是數(shù)據(jù)鏈路層的設(shè)備，有些交換機(jī)也可實(shí)現(xiàn)第三層的交