通信技术网:网络技术基础之二三层交换技术与路由技术

内网数据流量大，一般来说。要求快速转发响应的网络中，如全部由三层交换机来做这个工作，会造成三层交换机负担过重，响应速度受影响，将网间的路由交由路由器去完成，充分发挥不同设备的优点，不失为一种好的组网策略，当然，前提是客户的腰包很鼓，不然就退而求其次，让三层交换机也兼为网际互连。
因此推出基本的网络知识。对这些零散的知识进行系统的总结，写这篇文章鉴于这边人员素质情况。一直以来的一个心愿，也为了提高大家的技术素养，写了这篇文章，希望对大家有所帮助。
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迄今为止已经经历了三十多年，局域网络的呈现。这三十多年的发展历程中，从最初的无线技术 ALOHA 引出 CSMA/CD 核心技术，直到快速以太网（ 802.3u 及现代的 GE 802.3z 10GE 以太网技术的呈现，不时的推陈出新。这就引发了一个问题，对于一个具体的网络，因为可选择的组网方式的多样化，如何选择一种好的组网技术成为困惑。
减低成本的前提下，对于用户来说。保证网络的高可靠性，高性能，易维护，易扩展，与采用何种组网技术密切相关；对于设备厂商来说，保证用户的网络功能实现的基础上，如何能够取的更为可观的利润，采用组网技术的优劣，也是提高利润的其中一个手段。
可以说直接面向用户的第一层接口和第二层交换技术已经日趋成熟，目前技术的发展。发展现状令人满意，所以说选择的重点不在这个层次。但是作为网络的核心，起网短信群发间互连作用的路由器技术却没有实质性的突破。于是一种新的路由技术应运而生 ---- 三层交换技术，说它路由技术，因为它工作在网络协议的三层；说它交换技术，交换速度特别快，几乎可以达到二层交换速度。
二层交换 + 路由组网与三层交换组网的选择是一个焦点问题，这些技术选择的权衡中。二层交换机、三层交换机和路由器这三种技术究竟谁优谁劣，各自适用在什么环境？为了解答这问题，先从这三种技术的工作原理入手。
一）二层交换技术
二层交换机属数据链路层设备，二层交换技术是发展比较幼稚。可以识别数据包中的 MAC 地址信息，根据 MAC 地址进行转发，并将这些 MAC 地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。具体的工作流程如下：
先读取包头中的源 MAC 地址， 1 当交换机从某个端口收到一个数据包。这样它就知道源 MAC 地址的机器是连在哪个端口上的
并在地址表中查找相应的端口； 2 再去读取包头中的目的 MAC 地址。
把数据包直接复制到这端口上； 3 如表中有与这目的 MAC 地址对应的端口。
当目的机器对源机器回应时， 4 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上。交换机又可以学习一目的 MAC 地址与哪个端口对应，下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了
对于全网的 MAC 地址信息都可以学习到二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。 不时的循环这个过程。
从二层交换机的工作原理可以推知以下三点：
这就要求具有很宽的交换总线带宽， 1 由于交换机对多数端口的数据进行同时交换。如果二层交换机有 N 个端口，每个端口的带宽是 M 交换机总线带宽超越 N M 那么这交换机就可以实现线速交换；
写入地址表， 2 学习端口连接的机器的 MAC 地址。地址表的大小（一般两种表示方式：一为 BEFFER RAM 一为 MAC 表项数值）地址表大小影响交换机的接入容量；
因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家采用 ASIC 不同， 3 还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处置数据包转发的 ASIC Applicat specif Integrat Circuit 芯片。直接影响产品性能。
这一点请大家在考虑设备选型时注意比较。 以上三点也是玩具批发评判二三层交换机性能优劣的主要技术参数。
二）路由技术
其工作模式与二层交换相似，路由器工作在 OSI 模型的第三层 --- 网络层操作。但路由器工作在第三层，这个区别决定了路由和交换在传送包时使用不同的控制信息，实现功能的方式就不同。工作原理是路由器的内部也有一个表，这个表所标示的如果要去某一个地方，下一步应该向那里走，如果能从路由表中找到数据包下一步往那里走，把链路层信息加上转发出去；如果不能知道下一步走向那里，则将此包丢弃，然后返回一个信息交给源地址。
由路由算法计算出到达目的地址的最佳路径，路由技术实质上来说不过两种功能：决定最优路由和转发数据包。路由表中写入各种信息。然后由相对简单直接的转发机制发送数据包。接受数据的下一台路由器依照相同的工作方式继续转发，依次类推，直到数据包到达目的路由器。
也有两种不同的方式。一种是路由信息的更新，而路由表的维护。将部分或者全部的路由信息公布出去，路由器通过互相学习路由信息，就掌握了全网的拓扑结构，这一类的路由协议称为距离矢量路由协议；另一种是路由器将自己的链路状态信息进行广播，通过互相学习掌握全网的路由信息，进而计算出最佳的转发路径，这类路由协议称为链路状态路由协议。
一般处置器的工作能力直接决定其性能的优劣。当然这一判断还是对中低端路由器而言，由于路由器需要做大量的路径计算工作。因为高端路由器往往采用分布式处理系统体系设计。
三）三层交换技术
耳朵都能起茧子，近年来的对三层技术的宣传。处都在喊三层技术，有人说这是个非常新的技术，也有人说，三层交换嘛，不就是路由器和二层交换机的堆叠，也没有什么新的玩意，事实果真如此吗？下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。
组网比较简单
使用 IP 设备 A------------------------ 三层交换机 ------------------------ 使用 IP 设备 B
已知目的 IP 那么 A 就用子网掩码取得网络地址，比方 A 要给 B 发送数据。判断目的 IP 否与自己在同一网段。
但不知道转发数据所需的 MAC 地址，如果在同一网段。 A 就发送一个 ARP 请求， B 返回其 MAC 地址， A 用此 MAC 封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，查找 MAC 地址表，将数据包转发到相应的端口。
流缓存条目中没有对应 MAC 地址条目，如果目的 IP 地址显示不是同一网段的那么 A 要实现和 B 通讯。就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统中已经设好，对应第三层路由模块，所以可见对于不是同一子网的数据，最先在 MAC VOIP表中放的缺省网关的 MAC 地址；然后就由三层模块接收到此数据包，查询路由表以确定到达 B 路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的 MAC 地址为源 MAC 地址，以主机 B MAC 地址为目的 MAC 地址。通过一定的识别触发机制，确立主机 A 与 B MAC 地址及转发端口的对应关系，并记录进流缓存条目表，以后的 A B 数据，就直接交由二层交换模块完成。这就通常所说的一次路由多次转发。
可以看出三层交换的特点： 以上就是三层交换机工作过程的简单概括。
由硬件结合实现数据的高速转发。
三层路由模块直接叠加在二层交换的高速背板总线上，这就不是简单的二层交换机和路由器的叠加。突破了激进路由器的接口速率限制，速率可达几十 Gbit/s
这些是三层交换机性能的两个重要参数。 算上背板带宽。
简洁的路由软件使路由过程简化。
除了必要的路由选择交由路由软件处理，大部分的数据转发。都是又二层模块高速转发，路由软件大多都是经过处置的高效优化软件，并不是简单照搬路由器中的软件。
结论
广播包影响不大，二层交换机用于小型的局域网络。这个就不用多言了小型局域网中。二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低谦价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。
支持的三层功能强大，路由器的优点在于接口类型丰富。路由能力强大，适合用于大型的网络间的路由，优势在于选择最佳路由，负荷分担，链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等等路由器所具有功能。
加入路由功能也是为这个目的服务的如果把大型网络按照部门，三层交换机的最重要的功能是加快大型局域网络内部的数据的快速转发。地域等等因素划分成一个个小局域网，这将导致大量的网际互访，单纯的使用二层交换机不能实现网际互访；如单纯的使用路由器，由于接口数量有限和路由转发速度慢，将限制网络的速度和网络规模，采用具有路由功能的快速转发的三层交换机就成为首选。
文章来源：http://www.mica8.com