路由器與集線器、交換機(jī)的根本區(qū)別

李迪

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
的故障將會導(dǎo)致嚴(yán)重的信息傳輸問題。
　　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，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，
通過站表選擇路由，站表的建立和維護(hù)由交換機(jī)自動進(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)制也帶來一些問題。

　　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，必須啟動生成樹算法，阻塞掉產(chǎn)生回路的端口。而路由器的路由協(xié)議沒有這個(gè)問題，
路由器之間可以有多條通路來平衡負(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)文不能通過路
由器繼續(xù)進(jìn)行廣播。

　　4.子網(wǎng)劃分:交換機(jī)只能識別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地址來劃分子網(wǎng)。而路由器識別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)號和主機(jī)號，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.保密問題:雖說交換機(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)容對幀
實(shí)施過濾，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)容對報(bào)文實(shí)施過
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)
換過程比較復(fù)雜，不適合ASIC實(shí)現(xiàn)，勢必降低交換機(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，而不會用來在物理介質(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，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，減少廣播風(fēng)暴對網(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。對交換機(jī)而言，每一個(gè)端口對應(yīng)一個(gè)網(wǎng)段，由于子網(wǎng)由若干網(wǎng)段構(gòu)成
，通過對交換機(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)文的隔離問題，且虛擬網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)段與其物理位置無關(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)了對網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)的訪問控制。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)矛盾的最新技術(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，幾乎沒有必要將路由功能器件和路由器區(qū)別開來，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)通過路由器進(jìn)
行傳輸?shù)乃俾时唤涌诘膸�寬所限制。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)間傳輸帶寬沒有限制。

　　2.合理配置信息資源:由于訪問子網(wǎng)內(nèi)資源速率和訪問全局網(wǎng)中資源速率沒有區(qū)別，子
網(wǎng)設(shè)置單獨(dú)服務(wù)器的意義不大，通過在全局網(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
多條通路來提高可靠性、平衡負(fù)載。三層交換機(jī)用生成樹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。

　　五、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)第三層的交換。路由器用于WAN-WAN之間的連接，可以解決異性網(wǎng)絡(luò)之
間轉(zhuǎn)發(fā)分組，作用于網(wǎng)絡(luò)層。他們只是從一條線路上接受輸入分組，然后向另一條線路轉(zhuǎn)
發(fā)。這兩條線路可能分屬于不同的網(wǎng)絡(luò)，并采用不同協(xié)議。相比較而言，路由器的功能較交
換機(jī)要強(qiáng)大，但速度相對也慢，價(jià)格昂貴，第三層交換機(jī)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，因此得以廣播應(yīng)用。