二层交换机、三层交换机和路由器的基本工作原理

1、.第二层交换机：第二层交换技术是数据链路层设备，通过从数据包中标识MAC地址信息、根据MAC地址转发该MAC地址及其端口，并将该MAC地址及其端口写入自身的一个地址表，使其更加成熟。具体来说：(1)当交换机从端口接收数据包时，首先从包头读取源MAC地址，以便知道原始MAC地址连接到哪个端口。(2)在包头读取目标MAC地址，并在地址表中查找相应的端口(3)如果表中有与用于此目的的MAC地址相对应的端口，则将数据包直接复制到此端口三层交换机：三层交换技术是路由技术与交换技术相结合的技术。第一个数据流路由后，将创建MAC地址和IP地址的映射表。同一数据流再次通过时，不是根据此表重新路由，而是直接从第

2、二层转发，这样路由器路由就消除了网络延迟，提高了数据包转发的效率。路由器：传统上，路由器在OSI 7层协议的第三层工作，主要任务是确定从一个网络接口接收数据包，并根据包含的目标地址将其转发到下一个目标地址。因此，路由器首先在转发路由表中查找其目标地址，如果找到目标地址，则将下一个MAC地址添加到数据包的帧之前，IP数据包头的TTL(实时)域也减少了数量，并重新计算校验和。数据包发送到输出端口时，必须按顺序排队，然后才能转发到输出链接。路由器运行时，可以根据某种路由通信协议查找设备的路由表。如果特定节点有多条路径，则默认情况下，预定的路由标准是选择最佳(或最经济的)传输路径。各种网段和相应网段的

3、互连可能会因环境而异，因此通常还会根据使用的路由信息协议定期更新有关路由情况的信息。主要区别：第二层交换机在数据链路层工作，第三层交换机在网络层工作，路由器在网络层工作。具体差异包括：二层交换机和三层交换机之间的区别：三层交换机使用三层交换技术三层交换(也称为多层交换技术或IP交换技术)是相对于现有交换概念而言提出的。据悉，传统的交换技术是在OSI网络标准模型的第二层数据链路层*上创建的，三层交换技术允许在网络模型的第三层高速转发数据包。简单地说，三层交换技术是二层交换技术三层转发技术。随着三层交换技术的出现，解决了局域网的分段划分，网段的子网解决了需要使用路由器管理的情况，解决了传统路由器低

4、速和复杂性带来的网络瓶颈。其原理是，使用IP协议的两个站点a、b通过第3层交换机进行通信，在发送站点a开始传输时，将自己的IP地址与bstation的IP地址进行比较，以确定bstation是否与自己位于同一子网。如果目标工作站b与发送工作站a位于同一子网，则执行双层转发。如果两个站点不在同一子网中(例如，发送站a要与目标站b通信)，则发送站a将向默认网关发布地址解析(ARP)数据包，默认网关的IP地址实际上是三层交换机的三层交换模块。如果三层交换模块在以前的通信期间已经知道bstation的MAC地址，则发送站a在向默认网关的IP地址广播ARP请求时，将b的MAC地址响应发送站a。否则，三层

5、交换模块将基于路由信息的ARP请求广播到bstation，bstation接收此ARP请求，然后对三层交换模块响应MAC地址，三层交换模块存储此地址，并将bstation的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表。此后，a发送到b的数据包全部移交给二层交换处理，信息高速交换。因为只有在路由过程中才需要三层处理，所以大部分数据都是通过二层交换传递的，所以三层交换机访问二层交换机的速度更快，价格比同一路由器低得多。第2层交换机和路由器之间的区别：现有交换机是在网桥上开发的，属于OSI第二层数据链路层设备。此外，根据MAC地址地址选择站点表路由，站点表的设置和维护由交换机自动执行。路由器属于网络层

6、设备(OSI第3层设备)，并根据IP地址寻址，通过路由表路由协议创建。交换机的最大优点是速度非常快，因为交换机只能识别帧的MAC地址，根据MAC地址选择直接转发端口算法简单，并且易于ASIC实现。但是，交换机的工作机制会导致一些问题。1.循环：根据交换机地址学习和工作站表编写算法，交换机之间不允许循环。电路存在后，必须启动生成树算法，阻止生成电路的端口。路由器的路由协议不存在此问题，路由器之间可能存在多条负载平衡路径，从而提高了可靠性。2.负载集中：交换机之间只能有一条通路，因此信息集中在一条通信链路上，不会动态分布以实现负载平衡。路由器的路由协议算法可以避免这种情况。OSPF路由协议算法不仅

7、可以生成多条路径，还可以为每个网络应用程序选择不同的最佳路径。3.广播控制：交换机只能缩小冲突域，不能缩小广播域。交换机网络是广播消息分布在交换机网络中的大型广播域。路由器可以隔离广播域，广播消息不能通过路由器继续广播。4.子网：交换机仅识别MAC地址。MAC地址是物理地址，使用平面地址结构，因此不能根据MAC地址划分子网。路由器识别由网络管理员分配的IP地址、分层IP地址、网络编号和主机编号组成的IP地址，这对于划分子网非常方便。路由器的主要功能用于连接到其他网络。5.保密问题：交换机还可以根据帧的源MAC地址、目标MAC地址和其他帧的内容过滤帧，但是路由器可以根据消息的源IP地址、目标IP

8、地址、TCP端口地址等过滤消息，从而提供更直观、更方便的使用方式。6.媒体相关：交换机也是桥接设备，可以完成不同链路层和物理层之间的转换，但这种转换过程相对复杂，不适合ASIC实施，因此只能降低交换机的转发速度。因此，当前交换机主要执行与物理介质和链路协议相同或相似的网络互连，而不是物理介质和链路层协议不同网络之间的互连。另一方面，路由器主要用于不同网络之间的互连，因此可以连接具有不同物理介质、链路层协议和网络层协议的网络。路由器在功能上占优势，但价格昂贵，消息传递速度低。近年来，交换机进行了很多改进以提高性能。其中最明显的改进是虚拟网络和三层交换。划分子网将缩小广播域，减少广播风暴对网络的影

9、响。路由器将子网连接到每个接口，广播消息不能通过路由器广播，连接到路由器其他接口的子网属于其他子网，并且子网范围通过路由器进行物理划分。对于交换机，每个端口对应一个网段。因为子网包含多个网段，所以可以合并交换机端口以逻辑划分子网。广播消息只能在子网内广播，不能扩散到其他子网，并且可以合理划分逻辑子网以实现控制广播的目的。逻辑子网将交换机端口随机组合在一起，没有物理关联，因此称为虚拟子网或虚拟网络。虚拟网络技术解决了没有路由器的广播消息隔离问题，虚拟网络中的网段与物理位置无关。也就是说，相邻网段可以属于不同的虚拟网络，相距较远的两段网段可以属于不同的虚拟网络，相距较远的两段网段可以属于同一虚拟网

10、络。不同虚拟网络中的终端之间不能相互通信，从而提高了对网络中数据的访问控制。交换机和路由器在性能和功能上存在矛盾，交换机交换速度快，但控制能力弱，路由器控制性能强，但消息传递速度慢。解决这个矛盾的最新技术是三层交换，兼具交换机线速转发消息功能和路由器的优秀控制功能。第3层交换机和路由器之间的区别：在第3层交换技术出现之前，很少需要区分路由功能设备和路由器。这些都是一样的。提供路由功能是路由器的工作方式，但第3层交换机现在可以完全执行现有路由器的大部分功能。用于网络互连的设备，第3层交换机具有以下特点：1.基于第3层地址的业务流转发完整的交换功能；可以完成消息过滤或身份验证等特殊服务。4.运行或

11、不运行路由选择流程。第3层交换机与传统路由器相比具有以下优点：1.子网之间的传输带宽可以任意分配。现有路由器每个接口连接一个子网，子网通过路由器传输的速度受接口带宽的限制。三层交换机可以将多个端口定义为单个虚拟网络，将包含多个端口的虚拟网络定义为虚拟网络接口，从而通过构成虚拟网络的端口向三层交换机提供信息。端口数量可以任意指定，因此子网之间的传输带宽没有限制。2.合理配置信息资源：访问子网的资源速度与访问全局网络的资源速度没有区别，因此子网设置单独的服务器没有意义，通过在全局网络中设置服务器群集，不仅可以降低成本，还可以更合理地配置信息资源。3.降低成本：典型的网络设计使用交换机配置子网，使用

12、路由器在子网之间进行互连。网络设计通过所有虚拟子网和交换机三层路由功能实现，从而节省了昂贵的路由器。4.交换机之间的灵活连接：作为交换机，它们之间不允许有环路，作为路由器，它们可能有多条路径以提高可靠性，实现负载平衡。三层交换机使用生成树算法阻止导致环路的端口，但在路由过程中使用阻止的路径作为可选路径参与路由计算机网络通常由几种不同类型的网络互连组成。如果几个计算机网络只是物理连接，不能相互通信，那么这种“互连”就没有实际意义了。因此，通常“互连”暗示相互连接的计算机可以通信。也就是说，从功能上和逻辑上来说，这种计算机网络已经是大型计算机网络，也称为internet，互连。要将网络连接在一起，

13、请使用术语ISO作为中继(relay)系统的一些中间设备(或中间系统)。根据继电器系统所在的级别，可能有以下5种继电器系统：1.传输层(即，经常说的第1层、第1层)中继系统。2.数据链路层(即第2层、第2层)，即桥或桥。3.网络层(第3层、第3层)中继系统，即路由器。4.网桥和路由器的混合网桥兼具网桥和路由器的功能。5.网络层或更高的中继系统(网关)。如果系统是转发器，一般不称之为internet连接，因为这只是扩展简单的网络，仍然是一个网络。高级网关更复杂，因此现在使用得更少。因此，在讨论网络互连时，通常指交换机和路由器互连的网络。本文主要介绍交换机和路由器及其区别。2交换机和路由器“交换”

14、可以适用于从桥接到路由、从ATM到电话系统的任何情况，是不知道实际交换是什么的网络中最常见的词。交换这个术语最初来自电话系统，特别是来自允许两个不同电话之间进行语音信号交换的设备电话交换机。所以本质上交换只是技术概念，即完成信号从设备入口传到出口。因此，与该定义匹配的任何设备都可以称为交换机设备。因此，“交换”实际上是用于描述数据网络第二层中的设备的广义词，即桥接设备。也称为路由设备，用于描述数据网络中的第三层设备。以太网交换机是基于网桥技术的多端口第2层网络设备，具有低延迟、低开销，可将数据帧从一个端口实际传送到另一个端口。因此，交换机内部核心必须具有交换矩阵，为两个端口之间的通信提供通路，

15、或具有快速交换总线，以便从任何端口接收的数据帧从其他端口发送。在物理设备中，交换矩阵的功能通常由特殊芯片(ASIC)完成。以太网交换机对设计理念也有重要的假设。换句话说，交换核心非常快，一般大流量数据不会造成拥塞。换句话说，与传送的信息量相比，交换功能是无限的(相反，ATM交换机认为交换能力相对传送的信息量是有限的)。以太网第2层交换机是在多端口网桥基础上发展起来的，但最终，交换具有更丰富的功能，是确保更多带宽的最佳方法，并使网络管理更加容易。路由器是OSI协议模型网络层上的数据包交换设备(或网络层中继设备)，路由器的基本功能是将如下数据(IP消息)传输到正确的网络：1.1，包括数据报寻径和传

16、输。IP数据报传递；子网隔离，抑制广播风暴；3.维护路由表并与作为IP消息传递基础的其他路由器交换路由信息。4.IP数据报错误处理和简单的拥塞控制；5.IP数据报筛选和会计。交换机：交换的概念和原理：交换交换是在通信两端发送信息所需的、手动或自动完成到设备的方法，统称将要发送的信息发送到符合要求的适当路径的技术。广义开关开关是在通信系统中执行信息交换功能的设备。在计算机网络系统中提出交换概念是对共享工作模式的改进。前面介绍的集线器是本身不能识别目标地址的共享设备，当同一LAN内的a主机向b主机发送数据时，数据包从基于集线器的网络发送到广播，并且每个终端检查数据包头的地址信息以确定是否接收。这意

17、味着，此工作方式只能在同一时间点在网络上传输一组数据帧的通信，如果发生冲突，则必须重试。此方法是共享网络带宽。交换机具有高带宽的后端总线和内部交换矩阵。交换机上的所有端口都安装在此等总线上，并且控制电路收到数据包后，处理端口将查找内存的地址比较表，确定目标网卡硬件地址(MAC)上的网卡(NIC)插入到哪个端口，通过内部交换矩阵将数据包快速传输到目标端口，如果目标MAC不存在，将向所有端口广播，响应侦听端口后，“学习”新地址，并将新地址添加到内部MAC地址表中。交换机还可以“暂存”网络，与MAC地址表相对，交换机仅允许所需的网络流量通过交换机。交换机的过滤和转发可以有效地隔离广播风暴，减少错误包和错误包的发生，并防止共享冲突。交换机可以同时在多个端口对