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  • 三层交换机所能提供的路由功能和快速转发能力使得很多新人网工自然而然的产生了一个疑问,这两者究竟有什么区别?这个问题的实在是答案在网上汗牛充栋,且答案也都相对详尽。笔者在参考总结各路大神资料的基础上力争...

    三层交换机所能提供的路由功能和快速转发能力使得很多新人网工自然而然的产生了一个疑问,这两者究竟有什么区别?这个问题的实在是答案在网上汗牛充栋,且答案也都相对详尽。笔者在参考总结各路大神资料的基础上力争用通俗易通的方式理论化的来对两者做一辨析,以期加深对二者的理解,更好的为实践服务。

    一、功能

    路由器功能:路由器是工作在OSI模型中第三层(网络层)的设备,主要作用就是连接不同的网络,提供寻址和中继数据包的服务,可以理解成不同网络之间的桥梁或者纽带。所谓不同的网络,可以是不同类型的网络比如以太网或者ATM网络,也可以是同类不同规模的网络之间的连接(例如不同网段的局域网,或者局域网和城域网之间的连接)。

    交换机功能:常规交换机是工作在OSI模型中的第二层(数据链路层)的设备。简单来说交换机提供的是交换数据帧的功能,能把对应的数据帧发送到对应的Mac地址上。是局域网内(同一网段)设备之间互联的设备。

    简单地说,三层交换机是在二层交换机的基础上,加入了部分路由的功能。也正因为这部分功能的重叠,导致了很多人产生了两者能否相互替代的疑问。诚然,三层交换机和路由器有一定功能上的相同,其中最大的相同点在于两者均具备路由转发功能,但两者的区别也十分明显,功能上的区别可以说是最突出的一项。

    经过比较我们不难总结出路由器和三层交换机在功能上存在的差异。尽管两者都具备路由功能,但三层交换机主要的功能仍是局域网内的数据交换,其路由功能主要为vlan间通信和不同网段间通信提供服务,其接口数量较多但样式比较单一(主要以以太网接口为主)。而路由器则不具备数据交换的功能,其路由功能主要是为不同类型的网络之间路由寻址服务的。路由器的接口类型丰富(因而更能适应不同类型网络的互联)但接口数量较少,且不支持局域网内或同一网段内设备的互联。

    二、性能

    路由器工作原理:路由器会通过软件计算并生成一张路由表,每台路由器会维护自己的路由表。对每一个接收到的数据包,路由器会进行检查和分析,如果满足各项条件且在路由表中查到了对应的条目,路由器的转发就会将包通过对应的接口转发出去。简单来说,每一个经过路由器的数据包都会被路由器进行处理,因此路由器转发数据包的速度并相对三层交换机来说要慢一些。但由于路由器有高性能的CPU和功能强大的控制软件,路由器在维护路由表方面无论是路由计算速度还是其他功能方面(如NAT,VPN,拥塞控制等)均比三层交换机要强大很多。

    三层交换机工作原理:三层交换机有独立的转发芯片和控制芯片,主要是通过硬件来进行数据转发的。三层交换机也要维护自己的路由表(路由的计算主要由控制芯片和相应软件负责),三层交换机通过路由表传输第一个数据流后,会产生一个MAC地址与IP地址的映射表。当同样的数据流再次通过时,将根据此表直接从二层通过而不是通过三层,从而消除了路由器进行路由选择而造成的网络延迟,提高了数据包转发效率。

    通过总结比较我们可以得出如下结论:三层交换机和路由器均具备路由功能可以转发数据包,但两者的转发机制不同,也就导致了两者的转发效率不同。三层交换机因为采用硬件转发方式,因此对数据流中后续包的转发速度明显快于每个包都要检查处理的路由器。但路由器的路由收敛速度一般快于三层交换机,在遇到网络震荡的时候其表现往往强于三层交换机。

    三、适用环境

    三层交换机的本质仍是一个交换机,因而主要适用的场合是局域网内不同逻辑网段之间的通信,相当于将原来需要路由器承担的任务用价格相对更为低廉且转发速度更快的三层交换机来代替。但对于充当网关、防火墙等需求,或需要NAT、VPN等功能的局域网与外部网络间连接设备的场景,路由器仍然是不可或缺的。举例来说,对于多部门的公司,部门之间用VLAN进行隔离,因此在部门间组网的时候可以选择三层交换机,在公司办公网的出局接口,可以部署路由器来做网关和防火墙。

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  • 三层交换机,通俗一点来说就是具有二层交换技术+三层转发技术的交换机。“一次路由,多次转发”是三层交换机的核心优势。基于三层交换机优秀的性能,在大型企业局域网中,从接入层到核心层大多都用三层交换机,而少...

    三层交换机,通俗一点来说就是具有二层交换技术+三层转发技术的交换机。

    “一次路由,多次转发”是三层交换机的核心优势。基于三层交换机优秀的性能,在大型企业局域网中,从接入层到核心层大多都用三层交换机,而少用二层交换机。

    为什么三层交换机这么优秀?

    三层交换机是如何实现“一次路由,多次转发”的?

    讲原理太难懂,不如举个栗子来说明

    三层交换机的工作原理,比谈恋爱还简单

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    剧情开始

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    在一个教室中,有两个男生(小C和小B)特别喜欢坐在他们前面的女生(小A)。某天,小C收到女生小A递来的小纸条,欣喜若狂。

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    小C高兴地拿着纸条,然后打开了

    定眼一看,上面写着

    “小B微信是多少呀”

    ……

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    这时的女生小A,可以比作一个发送站A,发送站想与B站(小B)获得联系,但发现自己与B站不在同一子网内,这时发送站A(女生)就得向三层交换模块发出ARP请求(纸条)。这时的小C,就相当于三层交换机的交换模块。

    返回剧情,这时的小C该怎么做?

    选择1:知道小B微信,直接把微信给女生小A。

    选择2:不知道小B微信,问小B要微信,再给女生小A。

    选择1:

    假设小C知道小B微信,即便内心悲痛万分,为了表面上的得体,小C还是会直接回复小B微信给女生小A。

    这就好比三层交换机的交换模块,在一个发送站A(女生)对三层交换模块(小C)广播出一个ARP请求时,如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站(小B)的MAC地址,则向发送站A回复B的MAC地址。

    选择2:

    可怜的小C不知道小B微信是多少,但是喜欢的女生问自己的问题总得认真回答。小C无可奈何,只能向小B发出询问,在得到小B微信后,再把微信号码传达给女生小A。

    这就好比交换机三层交换模块(小C)并不知道B站(小B)的MAC地址的情况下,便会根据路由信息向B站广播一个ARP请求,B站得到ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址,三层交换模块保存地址并回复给发送站A(女生)。

    在现实生活中,女生得知小B微信后,就会直接联系小B,小C这架可怜的“僚机”,也就失去了原本的作用,就此失恋。

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    但在交换机原理中,三层交换模块会将B站的MAC地址发送到二层引擎的MAC地址表中。以后,A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理,能够更好地实现信息高速转发。

    以上内容,就是三层交换机“一次路由,多次转发”的原理,怎么样,是不是比谈恋爱还简单?

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  • ATM交换机技术原理简介 起因,背景: ATM交换技术是ATM网络技术的核心。交换结构的性能将决定ATM网络的性能和规模。交换机设计的方法将影响交换吞吐量、信元阻塞、信元丢失和交换延时等,交换结构不仅影响交换机的...

      ATM交换机技术原理简介

      起因,背景:

      ATM交换技术是ATM网络技术的核心。交换结构的性能将决定ATM网络的性能和规模。交换机设计的方法将影响交换吞吐量、信元阻塞、信元丢失和交换延时等,交换结构不仅影响交换机的性能和扩展特性,而且也影响交换机支持广播方式和点到点方式的能力。

      交换原理和方式:

      1.ATM交换原理

      ATM交换结构应该能够完成两方面基本功能,一是空间交换,即将信元从一条传输线上交换到另一条上,又叫路由选择;另一功能是时间交换,即将信元从一个时隙转移到另一时隙。ATM交换机从基本构成上可分为接口模块、交换模块、和控制模块。接口模块位于交换机的边缘,为交换机提供对外的接口;交换模块是整个交换机的核心模块,它提供了信元交换的通路,通过交换模块的两个基本功能(排队和选路),将信元从一个端口交换到另一个端口上去;控制模块是交换机的中央枢纽,它完成ATM信元处理、资源管理和流量控制中的连接接纳控制,以及设备管理、网络管理等功能、在实现时,设备管理和网管多在外接的管理维护平台上完成。

      2.ATM交换方式和结构:

      现代通信网中广泛应用的交换方式有两种:电路交换方式和分组交换方式。电路交换方式包括传统电路交换、多速率电路交换、快速电路交换等,分组交换方式包括帧交换、帧中继、快速分组交换等。电路交换方式适用于话音等实时性业务,而分组交换方式适用于数据业务。在综合业务环境下,不同业务对网络的要求不同,电路交换方式和分组交换方式都不能满足综合业务环境下的使用要求。ATM交换技术是一种融合了电路交换方式和分组交换方式优点而形成的新型交换方式。

      ATM交换结构有总线结构和共享存储器结构两种。总线结构如图1所示,各路ATM信元经输入处理后汇集到总线上,输出处理从总线上取出信元,处理后形成输出信号。总线工作在分时状态,把不同时隙分配给不同的输入、输出。

      存储器结构如图2所示,各端口信元经过输入处理后送入存储器,输出处理器从存储器取出信元,处理后形成输出信号。

      若将存储器结构稍加变形,则其结构和总线结构是非常相似的。两种结构都存在信元的汇集点,这时就需要以时分和空分相结合的方式提高交换容量。

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      ATM交换特点:

      (1)采用统计时分复用

      传统的电路交换中用STM(Synchronous Transfer Mode)方式将来自各种信道上的数据组成帧格式,每路信号占固定比特位组,在时间上相当于固定的时隙,即属于同步时分复用。在ATM方式中保持了时隙的概念,但是采用统计时分复用的方式,取消了STM中帧的概念,在ATM时隙中存放的实际上是信元。

      (2)以固定长度(53字节)的信元为传输单位,响应时间短

      ATM的信元长度比X.25网络中的分组长度要小得多,这样可以降低交换节点内部缓冲区的容量要求,减少信息在这些缓冲区中的排队时延,从而保证了实时业务短时延的要求。

      (3)采用面向连接并预约传输资源的方式工作

      在ATM方式中采用的是虚电路形式,同时在呼叫过程向网络提出传输所希望使用的资源。考虑到业务具有波动的特点和网络中同时存在连接的数量,网络预分配的通信资源小于信源传输时的峰值速率(PCR)。

      (4)在ATM网络内部取消逐段链路的差错控制和流量控制,而将这些工作推到了网络的边缘

      X.25运行环境是误码率很高的频分制模拟信道,所以X.25执行逐段链路的差错控制。又由于X.25无法预约网络资源,任何链路上的数据量都可能超过链路的传输能力,因此X.25需要逐段链路的流量控制。而ATM协议运行在误码率较低的光纤传输网上,同时预约资源保证网络中传输的负载小于网络的传输能力,ATM将差错控制和流量控制放到网络边缘的终端设备完成。

      (5)ATM支持综合业务

      ATM充分综合了电路交换和分组交换的优点,既具有电路交换“处理简单”的特点,支持实时业务、数据透明传输,在网络内部不对数据作复杂处理,采用端-端通信协议;又具有分组交换的特点,如支持可变比特率业务,对链路上传输的业务采用统计时分复用等。所以ATM支持话音、数据、图象等综合业务。

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  • 7.1 使用路由器进行VLAN间路由时的问题现在,我们知道只要能提供VLAN间路由,就能够使...交换机使用被称为ASIC(ApplicationSpecified Integrated Circuit)的专用硬件芯片处理数据帧的交换操作,在很多机型上都能实现...

    7.1 使用路由器进行VLAN间路由时的问题

    现在,我们知道只要能提供VLAN间路由,就能够使分属不同VLAN的计算机互相通信。但是,如果使用路由器进行VLAN间路由的话,随着VLAN之间流量的不断增加,很可能导致路由器成为整个网络的瓶颈

    交换机使用被称为ASIC(ApplicationSpecified Integrated Circuit)的专用硬件芯片处理数据帧的交换操作,在很多机型上都能实现以缆线速度(Wired Speed)交换。而路由器,则基本上是基于软件处理的。即使以缆线速度接收到数据包,也无法在不限速的条件下转发出去,因此会成为速度瓶颈。就VLAN间路由而言,流量会集中到路由器和交换机互联的汇聚链路部分,这一部分尤其特别容易成为速度瓶颈。并且从硬件上看,由于需要分别设置路由器和交换机,在一些空间狭小的环境里可能连设置的场所都成问题。

    7.2 三层交换机(Layer 3 Switch)

    为了解决上述问题,三层交换机应运而生。三层交换机,本质上就是“带有路由功能的(二层)交换机”。路由属于OSI参照模型中第三层网络层的功能,因此带有第三层路由功能的交换机才被称为“三层交换机”。

    关于三层交换机的内部结构,可以参照下面的简图。

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    在一台本体内,分别设置了交换机模块和路由器模块;而内置的路由模块与交换模块相同,使用ASIC硬件处理路由。因此,与传统的路由器相比,可以实现高速路由。并且,路由与交换模块是汇聚链接的,由于是内部连接,可以确保相当大的带宽。

    7.2.1 使用三层交换机进行VLAN间路由(VLAN内通信)

    在三层交换机内部数据究竟是怎样传播的呢?基本上,它和使用汇聚链路连接路由器与交换机时的情形相同。

    假设有如下图所示的4台计算机与三层交换机互联。当使用路由器连接时,一般需要在LAN接口上设置对应各VLAN的子接口;而三层交换机则是在内部生成“VLAN接口”(VLAN Interface)。VLAN接口,是用于各VLAN收发数据的接口。(注:在Cisco的Catalyst系列交换机上,VLAN Interface被称为SVI——Switched Virtual Interface)

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    为了与使用路由器进行VLAN间路由对比,让我们同样来考虑一下计算机A与计算机B之间通信时的情况。首先是目标地址为B的数据帧被发到交换机;通过检索同一VLAN的MAC地址列表发现计算机B连在交换机的端口2上;因此将数据帧转发给端口2。

    7.2.2 使用三层交换机进行VLAN间路由(VLAN间通信)

    接下来设想一下计算机A与计算机C间通信时的情形。针对目标IP地址,计算机A可以判断出通信对象不属于同一个网络,因此向默认网关发送数据(Frame 1)。

    交换机通过检索MAC地址列表后,经由内部汇聚链接,将数据帧转发给路由模块。在通过内部汇聚链路时,数据帧被附加了属于红色VLAN的VLAN识别信息(Frame 2)。

    路由模块在收到数据帧时,先由数据帧附加的VLAN识别信息分辨出它属于红色VLAN,据此判断由红色VLAN接口负责接收并进行路由处理。因为目标网络192.168.2.0/24是直连路由器的网络、且对应蓝色VLAN;因此,接下来就会从蓝色VLAN接口经由内部汇聚链路转发回交换模块。在通过汇聚链路时,这次数据帧被附加上属于蓝色VLAN的识别信息(Frame 3)。

    交换机收到这个帧后,检索蓝色VLAN的MAC地址列表,确认需要将它转发给端口3。由于端口3是通常的访问链接,因此转发前会先将VLAN识别信息去除(Frame 4)。最终,计算机C成功地收到交换机转发来的数据帧。

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    整体的流程,与使用外部路由器时的情况十分相似——都需要经过“发送方→交换模块→路由模块→交换模块→接收方”。

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  • 交换机三层转发原理简单总结

    千次阅读 多人点赞 2018-12-20 17:25:12
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  • 三层交换技术的前身是单臂路由,三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机,工作在OSI...三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换,所具有的路由功能也是为这目的服务的,能够做到一次路由,多次转发
  • 交换机三层转发原理

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  • 数据链路的建立维护与删除,数据帧的包装,传输与同步, 以太网帧的格式,交换机转发原理(环境,过程,原理) 交换机的命令行配置(用户,特权,接口,全局配置模式,)
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交换机三层转发原理详解