一篇文章看懂交換機和路由器的功用區別
2022.12.02一篇文章看懂交換機和路由器的功用區別
計算機網絡由不同類型的網絡相互連接而成，如果幾個計算機只是簡單地連接在一起是無法進行通信的，因此當我們談到計算機“互聯”時，其實說的是這相互連接的計算機已經可以進行通信了。也就是說，從功能上看在，這幾臺計算機已經組成另一個大型計算機網絡，已經有了意義。
一、中繼
將這些設備相互連接起來的設備稱為中繼，根據中繼系統所在層次，我們常說的中繼有以下幾種：
1. 物理層，轉發器，一層
2. 數據鏈路層，網橋，二層
3. 網絡層，路由器，三層
4. 網橋和路由器的混合橋路，兼有網橋和路由器的功能
5. 網絡層以上的中繼系統，網關
當只有中繼系統的時候，我們一般不說網絡互聯，因為只是把網絡擴大了，這仍然是一個網絡。當高層網關復雜的時候，用的比較少，我們在討論的時候，一般都是指交換機和路由器進行互聯的挽留過。因此，我們今天討論一下交換機和路由器的區別。
二、交換機和路由器的定義
交換是一個技術概念，也就是完成信號從設備入口到出口的轉發，當用來描述數據網絡第二層的設備時，它就是一個橋接設備;如果是用來描述數據網絡第三層設備，它就是一個路由設備。
我們常說的交換機是指以太網交換機，這其實就是一個基于網橋技術的多端口第二層網絡設備，它為數據幀從一個端口到另一個端口的轉發提供了低時延、低銷路的通路。也就是說交換機的內部核心是一個交換矩陣，為任意兩個端口之間的通信提供通路，從而讓任意端口接收的數據幀從其他端口送出。
路由器是OSI協議模型的網絡層中的分組交換設備，它的功能就是把數據傳送到正確的網絡，這個過程包括：
1. IP數據報的轉發;
2. 子網隔離，抑制廣播(主機之間“一對所有”的通訊模式，網絡對其中每一臺主機發出的信號都進行無條件復制并轉發，所有主機都可以接收到所有信息，不管你是否需要)風暴;
3. 維護路由表，并與其他路由器交換路由信息;
4. IP數據報的差錯處理和簡單的擁塞抑制;
5. 實現對IP數據報的過濾和記賬。
三、在不同規模的網絡中，路由器的側重點有所不同
在主干網中，路由器的主要作用是路由選擇，主干網的路由器統管所有下層網絡的路徑。這就需要維護龐大的路由表，并對連接狀態的變化做出盡可能快速的反應。
在地區網中，路由器主要是網絡連接和路由選擇，也就是連接下層各個基層網絡單位--園區網，同時負責下層網絡之間的數據轉發。
園區網內部，路由器主要用來分隔子網。早期的互聯網基層單位是局域網，其中所有主機處于同一邏輯網絡中。隨著規模的擴大，局域網變成了高速主干和路由器連接的多個子網所組成的園區網。每個子網在邏輯上都是獨立的，路由器是唯一能夠分割它們的設備，它負責子網間的數據報轉發和隔離，在邊界上的路由器則負責和上層網絡連接。
四、第二層交換機(網橋)和路由器的區別
傳統交換機是從網橋發展而來的，它根據MAC地址，通過站表選擇路由，站表的建立和維護由交換機自動進行。
路由器屬于OSI第三層網絡設備，它根據IP地址進行尋址，通過路由表路協議產生。
交換機的最大好處是快速，由于交換機只需識別幀中MAC地址，根據地址轉發端口算法簡單，便于ASIC實現。
交換機存在的一些問題，路由器可以避免：
1. 回路：根據交換機地址學習和站表建立算法，交換機之間不允許存在回路，一旦存在回路，必須啟動生成樹算法，阻塞掉產生回路的端口。路由器的協議不存在這樣的問題，可以通過多條通路來平衡負載，提高可靠性。
2. 負載集中：交換機之間只能有一條通路，使得信息集中在一條信息鏈路上，不能進行動態分配，以平衡負載。路由器的算法可以避免這一點。
3. 廣播控制：交換機只能縮小沖突域，但是不能縮小廣播域。整個交換式網絡就是一個大的廣播域，廣播報文散到這個網絡。但是路由器可以隔離廣播域，讓廣播報文不能隨意廣播。
4. 子網劃分：交換機只能識別MAC地址。這個地址是物理地址，因此交換機不能根據MAC進行劃分子網，但是路由器可以自動識別IP地址，這個地址是網絡管理員根據邏輯自動分配的，因此是不會沖突和重復，路由器的主要作用就是連接不同的網絡。
5. 保密問題：雖說交換機也可以根據幀的源MAC地址、目的MAC地址等對幀實現過濾，但是路由器根據報文的地址、目的IP地址等對報文實施過濾，會更加方便和直觀。
6. 介質相關：交換機作為橋接設備可以完成鏈路層和物理層的轉換，但是這種轉換比較復雜，但是路由器較為簡單。
由此可見，路由器主要是完成相同或相似的物理介質和鏈路協議的網絡互聯，而不會涌來在物理層面之間進行鏈接。相反的是，路由器主要用于不同網絡之間互聯，因此能連接不能物理介質、鏈路層協議和網絡層協議的網絡。
路由器看似在功能上占據優勢的，但其價格昂貴，且報文發送速度低。
交換機和路由器的功能相似，但是又相互矛盾，交換機速度快，但是抑制功能較弱，路由器抑制功能強，但是轉發速度慢。
五、第三層交換機和路由器的區別
由于第三層交換機本身也具備“路由”的功能，和傳統的路由總體來說是相似的，但是既然被單拉出來了，肯定和傳統路由也是有本質區別的：
1. 功用不同
大家需要明確的一個概念是第三層交換機本質還是交換機，只是附帶了一些路由器的功能，它的主要功能還是在數據交換，路由只是幫助設備適用面更廣、更加實用，擴展其適用性。也就是說，第三層交換機同時兼具數據交換和路由兩種功能。
2. 適用的環境不一樣
第三層交換機的路由功能因為是附加功能，因為適用環境較為簡單，主要是簡單的局域網。路由器則不同，它的出現就是為了滿足不同類型網絡的連接，因此可以適用任何網絡，不管是局域網還是廣域網，它的優勢在于選擇最佳路由、負荷分擔、鏈路備份和其他網絡進行路由信息的交換等。
3. 性能體現不一樣
從技術上來說，第三層交換機通過硬件執行數據包交換，路由器則基于微處理器的軟件路由引擎執行數據包交換。三層路由器在對數據進行路由后，會產生一個MAC地址和IP地址的映射表，當相同數據再次出現時，這個數據就不用通過路由了，從而消除路由器帶來的延遲，提高數據包的轉發效率。
綜上，第三層交換機和路由器之間存在本質的區別，但是從文章描述可以看出，在局域網進行多子網連接時，最好選用三層交換機，特別是在不同子網數據交換頻繁的環境中。
相比較而言，路由器的功能比交換機強大，但其速度較慢，價格昂貴，三層交換機既有交換機的轉發速度，也有路由的良好控制功能，因此使用相對較廣。
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