二層、三層、四層交換機之間的對比(1)

(一)二層交換機，三層交換機，四層交換機的區別

二層交換技術是發展比較成熟，二層交換機屬數據鏈路層設備，可以識別數據包中的MAC地址信息，根據MAC地址進行轉發，并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內部的一個地址表中。具體的工作流程如下：

(1) 當交換機從某個端口收到一個數據包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機器是連在哪個端口上的;

(2) 再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應的端口;

(3) 如表中有與這目的MAC地址對應的端口，把數據包直接復制到這端口上;

(4) 如表中找不到相應的端口則把數據包廣播到所有端口上，當目的機器對源機器回應時，交換機又可以學習一目的MAC地址與哪個端口對應，在下次傳送數據時就不再需要對所有端口進行廣播了。

不斷的循環這個過程，對于全網的MAC地址信息都可以學習到，二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。

從二層交換機的工作原理可以推知以下三點：

(1) 由于交換機對多數端口的數據進行同時交換，這就要求具有很寬的交換總線帶寬，如果二層交換機有N個端口，每個端口的帶寬是M，交換機總線帶寬超過N×M，那么這交換機就可以實現線速交換;

(2) 學習端口連接的機器的MAC地址，寫入地址表，地址表的大小(一般兩種表示方式：一為BEFFER RAM，一為MAC表項數值)，地址表大小影響交換機的接入容量;

(3) 還有一個就是二層交換機一般都含有專門用于處理數據包轉發的ASIC(Application specific Integrated Circuit)芯片，因此轉發速度可以做到非常快。由于各個廠家采用ASIC不同，直接影響產品性能。

以上三點也是評判二三層交換機性能優劣的主要技術參數，這一點請大家在考慮設備選型時注意比較。

(二)路由技術

路由器工作在OSI模型的第三層---網絡層操作，其工作模式與二層交換相似，但路由器工作在第三層，這個區別決定了路由和交換在傳遞包時使用不同的控制信息，實現功能的方式就不同。工作原理是在路由器的內部也有一個表，這個表所標示的是如果要去某一個地方，下一步應該向那里走，如果能從路由表中找到數據包下一步往那里走，把鏈路層信息加上轉發出去;如果不能知道下一步走向那里，則將此包丟棄，然后返回一個信息交給源地址。

路由技術實質上來說不過兩種功能：決定最優路由和轉發數據包。路由表中寫入各種信息，由路由算法計算出到達目的地址的最佳路徑，然后由相對簡單直接的轉發機制發送數據包。接受數據的下一臺路由器依照相同的工作方式繼續轉發，依次類推，直到數據包到達目的路由器。

而路由表的維護，也有兩種不同的方式。一種是路由信息的更新，將部分或者全部的路由信息公布出去，路由器通過互相學習路由信息，就掌握了全網的拓撲結構，這一類的路由協議稱為距離矢量路由協議;另一種是路由器將自己的鏈路狀態信息進行廣播，通過互相學習掌握全網的路由信息，進而計算出最佳的轉發路徑，這類路由協議稱為鏈路狀態路由協議。

由于路由器需要做大量的路徑計算工作，一般處理器的工作能力直接決定其性能的優劣。當然這一判斷還是對中低端路由器而言，因為高端路由器往往采用分布式處理系統體系設計。

(三)三層交換技術

近年來的對三層技術的宣傳，耳朵都能起繭子，到處都在喊三層技術，有人說這是個非常新的技術，也有人說，三層交換嘛，不就是路由器和二層交換機的堆疊，也沒有什么新的玩意，事實果真如此嗎?下面先來通過一個簡單的網絡來看看三層交換機的工作過程。

組網比較簡單

使用IP的設備A------------------------三層交換機------------------------使用IP的設備B

比如A要給B發送數據，已知目的IP，那么A就用子網掩碼取得網絡地址，判斷目的IP是否與自己在同一網段。

如果在同一網段，但不知道轉發數據所需的MAC地址，A就發送一個ARP請求，B返回其MAC地址，A用此MAC封裝數據包并發送給交換機，交換機起用二層交換模塊，查找MAC地址表，將數據包轉發到相應的端口。

如果目的IP地址顯示不是同一網段的，那么A要實現和B的通訊，在流緩存條目中沒有對應MAC地址條目，就將第一個正常數據包發送向一個缺省網關，這個缺省網關一般在操作系統中已經設好，對應第三層路由模塊，所以可見對于不是同一子網的數據，最先在MAC表中放的是缺省網關的MAC地址;然后就由三層模塊接收到此數據包，查詢路由表以確定到達B的路由，將構造一個新的幀頭，其中以缺省網關的MAC地址為源MAC地址，以主機B的MAC地址為目的MAC地址。通過一定的識別觸發機制，確立主機A與B的MAC地址及轉發端口的對應關系，并記錄進流緩存條目表，以后的A到B的數據，就直接交由二層交換模塊完成。這就通常所說的一次路由多次轉發。

以上就是三層交換機工作過程的簡單概括，可以看出三層交換的特點：

由硬件結合實現數據的高速轉發。

這就不是簡單的二層交換機和路由器的疊加，三層路由模塊直接疊加在二層交換的高速背板總線上，突破了傳統路由器的接口速率限制，速率可達幾十Gbit/s。算上背板帶寬，這些是三層交換機性能的兩個重要參數。

簡潔的路由軟件使路由過程簡化。

大部分的數據轉發，除了必要的路由選擇交由路由軟件處理，都是又二層模塊高速轉發，路由軟件大多都是經過處理的高效優化軟件，并不是簡單照搬路由器中的軟件。

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