二层交换机、三层交换机和路由器的基本工作原理.pdf资源-CSDN文库

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二层交换机:二层交换技术是开展比拟成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的 MAC 地址

信息，根据 MAC 地址进展转发，并将这些 MAC 地址与对应的端口记录在自己部的一个地址表中.

具体如下：

〔1〕当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取中的源 MAC 地址，这样它就知道源 MAC 地址的机器是

连在哪个端口上；

〔2〕再去读取中的目的 MAC 地址，并在地址表中查找相应的端口

〔3〕如表中有与这目的 MAC 地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上

三层交换机: 三层交换技术就是将路由技术与交换技术合二为一的技术。在对第一个数据流进展路由后，

它将会产生一个 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

不是再次路由，从而消除了路由器进展路由选择而造成网络的延迟，提高了数据包转发的效率.

路由器：传统地，路由器工作于 OSI 七层协议中的第三层，其主要任务是接收来自一个网络接口的数据包，

根据其中所含的目的地址，决定转发到下一个目的地址。因此，路由器首先得在转发路由表中查找它的目

的地址，假如找到了目的地址，就在数据包的帧格前添加下一个 MAC 地址，同时 IP 数据的 TTL〔Time To Live〕

域也开始减数，并重新计算校验和。当数据包被送到输出端口时，它需要按顺序等待，以便被传送到输出

链路上。

路由器在工作时能够按照某种路由通信协议查找设备中的路由表。如果到某一特定节点有一条以上的路径，

如此根本预先确定的路由准如此是选择最优〔或最经济〕的传输路径。由于各种网络段和其相互连接情况

可能会因环境变化而变化，因此路由情况的信息一般也按所使用的路由信息协议的规定而定时更新。

主要区别：二层交换机工作在数据链路层，三层交换机工作在网络层，路由器工作在网络层。

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具体区别如下：

二层交换机和三层交换机的区别：

三层交换机使用了三层交换技术

三层交换〔也称多层交换技术，或IP 交换技术〕是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换

技术是在 OSI 网络标准模型中的第二层——数据链路层进展*作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三

层实现了数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。

三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进展管理的局面，解决

了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。

其原理是：假设两个使用 IP 协议的站点 A、B 通过第三层交换机进展通信，发送站点 A 在开始发送时，把

自己的 IP 地址与 B 站的 IP 地址比拟，判断 B 站是否与自己在同一子网。假如目的站 B 与发送站 A 在同一

子网，如此进展二层的转发。假如两个站点不在同一子网，如发送站 A 要与目的站 B 通信，发送站 A 要向

“缺省网关〞发出 ARP(地址解析)封包，而“缺省网关〞的 IP 地址其实是三层交换机的三层交换模块。当

发送站 A 对“缺省网关〞的 IP 地址广播出一个 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 站的 MAC 地址，如此向发送站 A 回复 B 的 MAC 地址。否如此三层交换模块根据路由信息向 B 站广播一

个 ARP 请求，B 站得到此 ARP 请求后向三层交换模块回复其 MAC 地址，三层交换模块保存此地址并回复给

发送站 A,同时将 B 站的 MAC 地址发送到二层交换引擎的 MAC 地址表中。从这以后，当 A 向 B 发送的数据包

便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大局部数据都

通过二层交换转发，因此三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速度，同时比一样路由器的价格低很

多。

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第二层交换机和路由器的区别：

传统交换机从网桥开展而来，属于 OSI 第二层即数据链路层设备。它根据 MAC 地址寻址，通过站表选择路

由，站表的建立和维护由交换机自动进展。路由器属于 OSI 第三层即网络层设备，它根据 IP 地址进展寻址，

通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速，由于交换机只须识别帧中 MAC 地址，直接根据 MAC

地址产生选择转发端口算法简单，便于 ASIC 实现，因此转发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问

题。

1.回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生

成树算法，阻塞掉产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平

衡负载，提高可靠性。

2.负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进展动态分配，以平衡

负载。而路由器的路由协议算法可以防止这一点，OSPF 路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同

的网络应用选择各自不同的最优路由。

3.广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域，广播报

文散到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能通过路由器继续进展广播。

4.子网划分：交换机只能识别 MAC 地址。MAC 地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据

MAC 地址来划分子网。而路由器识别 IP 地址，IP 地址由网络管理员分配，是逻辑地址且 IP 地址具有层次

结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是用于连接不同的

网络。

5.问题：虽说交换机也可以根据帧的源 MAC 地址、目的 MAC 地址和其他帧中容对帧实施过滤，但路由器根

据报文的源 IP 地址、目的 IP 地址、TCP 端口地址等容对报文实施过滤，更加直观方便。

6.介质相关：交换机作为桥接设备也能完成不同链路层和物理层之间的转换，但这种转换过程比拟复杂，

不适合 ASIC 实现，势必降低交换机的转发速度。因此目前交换机主要完成一样或相似物理介质和链路协议

的网络互连，而不会用来在物理介质和链路层协议相差甚元的网络之间进展互连。而路由器如此不同，它

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m0_75108191

2023-11-20

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苦茶子12138

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