局域網(wǎng)中三層交換機(jī)替換路由器的可行性分析

周萍

摘要：在局域網(wǎng)中的網(wǎng)間訪問(wèn)的過(guò)程中單純的使用路由器會(huì)使網(wǎng)間的數(shù)據(jù)傳送速率降低，鑒于路由器的端口數(shù)量有限，路由速度比較慢，現(xiàn)在多選用三層交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的網(wǎng)間訪問(wèn)。因?yàn)槿龑咏粨Q機(jī)具有很強(qiáng)的連接大型網(wǎng)絡(luò)的能力，其功能上也基本可以取代傳統(tǒng)的路由器。該文通過(guò)子網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò)骨干，可擴(kuò)充性，性價(jià)比等幾個(gè)方面將三層交換機(jī)與路由器做比較，分別指出各自的優(yōu)缺點(diǎn)，為局域網(wǎng)搭建提出了選擇建議。

關(guān)鍵詞：三層交換機(jī)；路由器；替換；比較

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）13-0076-02

三層交換機(jī)和路由器在局域網(wǎng)中都是非常重要的設(shè)備，其中，三層交換機(jī)同時(shí)具備了路由器的部分功能和二層交換機(jī)的數(shù)據(jù)交換速度。這樣一來(lái)三層交換機(jī)就改變了局域網(wǎng)的容量和傳送速度的限制，路由器在局域網(wǎng)中的作用也是很重要的，但是隨著三層交換機(jī)的不斷改進(jìn)與完善，路由器的地位也慢慢被三層交換機(jī)取代。局域網(wǎng)中三層交換機(jī)替換路由器以成為一種發(fā)展趨勢(shì)，在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。

1 局域網(wǎng)中三層交換機(jī)的概念及工作原理

三層交換機(jī)是利用本身具備的路由器的一部分功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)一次路由完成多次轉(zhuǎn)發(fā)，加快了大型局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)交換的速度。三層交換機(jī)的硬件是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)律，軟件則是實(shí)現(xiàn)路由表的維護(hù)、路由的信息的更新、路由的計(jì)算等功能。三層交換機(jī)是把二層交換技術(shù)與三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)結(jié)合在一起，而只是在局域網(wǎng)的交換機(jī)上簡(jiǎn)單的加上路由器的硬件。兩者的有效結(jié)合提高了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)速度，在實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的路由功能時(shí)，也可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的性能。

三層交換機(jī)的工作原理是，假如利用三層交換機(jī)通信的使用IP協(xié)議的兩個(gè)站點(diǎn)，其中的發(fā)送站點(diǎn)在開(kāi)始發(fā)送之前，需要先判斷目的站點(diǎn)與自己的地址是不是在一個(gè)子網(wǎng)中，如果目的站點(diǎn)與發(fā)送站點(diǎn)的地址在一個(gè)子網(wǎng)中，就可以直接通過(guò)二層完成轉(zhuǎn)發(fā)，反之，如果兩者不在一個(gè)子網(wǎng)中，發(fā)送站點(diǎn)就必須先向三層交換模塊廣播一個(gè)請(qǐng)求，在三層交換機(jī)知道目的站點(diǎn)的IP地址的前提下，可以直接向發(fā)送站點(diǎn)反映目的站點(diǎn)的地址；如果三層交換模塊不知道目的站點(diǎn)的IP地址，就要通過(guò)路由信息向目的站點(diǎn)廣播一個(gè)請(qǐng)求，在得到目的站點(diǎn)的回復(fù)后，把目的站點(diǎn)的地址反映給發(fā)送站點(diǎn)，而且三層交換模塊還會(huì)保存這個(gè)地址，也就是以后的通信速度就會(huì)大大提高。

2 局域網(wǎng)中路由器的概念及工作原理

路由器是用于連接多個(gè)分開(kāi)的網(wǎng)絡(luò)，也就是對(duì)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)或者是子網(wǎng)進(jìn)行連接。路由器的路由功能可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在子網(wǎng)間的傳送，它能在多個(gè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的環(huán)境下，對(duì)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靈活的連接。

路由器的基本工作主要就是判斷到達(dá)目的站點(diǎn)的最佳途徑和局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，其中判斷到達(dá)目的站點(diǎn)的最佳途徑的實(shí)現(xiàn)是依靠于路由器的路由選擇算法功能。路由器為了判斷最佳途徑，在選擇算法時(shí)就需要啟動(dòng)路由表，路由表具有一定的路由信息，可以根據(jù)路由選擇算法收集到的路由信息把目的網(wǎng)絡(luò)和下一站點(diǎn)的信息反映給路由器。路由器根據(jù)路由信息可以決定到達(dá)目的地的最佳途徑。

局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)就是沿著已經(jīng)確定的最佳途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)心分組的傳送工作。路由器在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，第一步要做的就是在路由表中查找路由信息，然后根據(jù)路由信息判斷怎么把分組傳送到目的站點(diǎn)，如果出現(xiàn)路由器不能確定的情況，就會(huì)丟棄該分組；如果確定了怎樣傳送分組就根據(jù)路由表中的相應(yīng)信息，把分組直接傳送到目的站點(diǎn)。如果路由器是與目的網(wǎng)絡(luò)直接連接的，這時(shí)路由器就能把分組直接傳送到目的網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)的端口上。

3 局域網(wǎng)中三層交換機(jī)與路由器的對(duì)比

3.1 子網(wǎng)連接

如果在同一局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)數(shù)量過(guò)多時(shí)就會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)傳送的效率因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)上大量的廣播而降低。為了避免這一問(wèn)題的發(fā)生，可以把大型交換機(jī)劃分成多個(gè)虛擬網(wǎng)，但是這樣一來(lái)，各局域網(wǎng)之間的通信就必須要依靠路由器來(lái)完成。路由器屬于多端口設(shè)備，可以采用不同的協(xié)議連接不同傳輸速率和運(yùn)行環(huán)境的廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)。但是傳統(tǒng)的路由器的路由能力比較弱，而局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)流量又比較大，所以傳統(tǒng)的路由器不能很好地完成各虛擬網(wǎng)間的通信任務(wù)。使用三層交換機(jī)中的千兆或百兆端口就可以很容易的完成不同子網(wǎng)或者是虛擬網(wǎng)的連接，因?yàn)榍д茁酚善鞯膬r(jià)格是非常昂貴的，這樣一來(lái)不僅能夠保持性能，改變子網(wǎng)劃分后必須限制于依靠路由器連接通信的局面，還能節(jié)約網(wǎng)絡(luò)連接的成本。

傳統(tǒng)的路由器提供的接口類型是非常豐富的，而且每種類型的接口所對(duì)應(yīng)的封裝類型、最大接收單元和最大傳輸單元是不相同的，這些性能會(huì)降低路由器的轉(zhuǎn)發(fā)效率。三層交換機(jī)是由二層交換機(jī)遵循為局域網(wǎng)服務(wù)的思想發(fā)展而來(lái)的，沒(méi)有引入過(guò)多的接口類型，只提供了與局域網(wǎng)相關(guān)的接口，像ATM局域網(wǎng)仿真接口、以太網(wǎng)接口等比較單一的接口，這樣就能有效的避免在多種接口類型的路由器使用時(shí)所遇到的問(wèn)題。三層交換機(jī)一般會(huì)采用以太網(wǎng)接口，這樣一來(lái)各接口就不會(huì)產(chǎn)生沖突，最大傳輸單元的問(wèn)題也能避免了。單一的接口類型還能加快局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)的傳送速度，提高傳送效率。

3.2 網(wǎng)絡(luò)骨干

三層交換機(jī)在校園網(wǎng)和城域教育網(wǎng)的骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)骨干等的作用是非常重要的。在核心骨干網(wǎng)中如果沒(méi)有采用三層交換機(jī)，就會(huì)使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算機(jī)只存在于一個(gè)子網(wǎng)中，這樣對(duì)網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)是沒(méi)有安全性的，而且還會(huì)因?yàn)槭箯V播域無(wú)法進(jìn)行分割，而造成局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的大量廣播沒(méi)有辦法隔離，降低局域網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送效率。

雖然傳統(tǒng)的路由器能夠?qū)V播進(jìn)行隔離，但是卻不能保障其性能，三層交換機(jī)同時(shí)具備二層交換的網(wǎng)絡(luò)速度和三層的路由功能，其性能是非常高的。三層交換機(jī)的通信過(guò)程大部分是靠二層交換來(lái)完成的其交換速度是非?？斓模瑪?shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)效率也會(huì)提高。三層交換機(jī)優(yōu)化的路由軟件相對(duì)于傳統(tǒng)的路由器的路由速度有了很大的提高。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的路由器連接的都是一個(gè)邏輯子網(wǎng)，現(xiàn)在使用三層交換機(jī)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，就可以對(duì)子網(wǎng)或者虛擬網(wǎng)進(jìn)行任意的劃分，也可以通過(guò)三層路由功能實(shí)現(xiàn)各子網(wǎng)間的通信。

3.3 可擴(kuò)充性

傳統(tǒng)的路由器對(duì)接入數(shù)量有一定的限制，一般會(huì)采用多臺(tái)路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)多端口的需求。相對(duì)來(lái)說(shuō)，三層交換機(jī)就不存在接入數(shù)量的限制，它在連接多個(gè)子網(wǎng)時(shí)，只是通過(guò)第三層交換模塊與子網(wǎng)建立連接，還可以通過(guò)二層虛擬網(wǎng)的交換機(jī)作為擴(kuò)充，這樣就能是接入數(shù)量是沒(méi)有限制的。這在一定程度上保障了用戶對(duì)局域網(wǎng)的投資，滿足了局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)快速增長(zhǎng)的需求。

3.4 性價(jià)比

三層交換機(jī)的價(jià)格隨著其自身的不斷完善也在不斷地下調(diào)，一臺(tái)百兆的三層交換機(jī)的價(jià)格與較為高端的二層交換機(jī)的價(jià)格相接近只有幾萬(wàn)元，但是三層交換機(jī)卻擁有連接大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能力，而且三層交換機(jī)基本上可以取代傳統(tǒng)的路由器。也可以說(shuō)中小型企業(yè)中可以把三層交換機(jī)作為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的核心使用，還能在大型企業(yè)中作為交換機(jī)使用。

在大型企業(yè)中，其網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)就是企業(yè)的多個(gè)部門(mén)的網(wǎng)絡(luò)接入一個(gè)由高性能的交換機(jī)組成的網(wǎng)絡(luò)中心，對(duì)于下屬部門(mén)來(lái)說(shuō)想要采用投入成本低又能保證較高的性能，這時(shí)采用三層交換機(jī)就是最好的選擇，而且一臺(tái)高端的交換機(jī)也只需要幾十萬(wàn)，相對(duì)于路由器來(lái)說(shuō)三層交換機(jī)整體性能比較好，價(jià)格也比較低，非常適合數(shù)據(jù)交換比較頻繁的局域網(wǎng)中。雖然現(xiàn)在路由器的路由功能比較強(qiáng)大，但是它的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的效率卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如三層交換機(jī)，對(duì)于一個(gè)小型的局域網(wǎng)來(lái)說(shuō)僅僅使用二層交換機(jī)和路由器就能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的需求了，但是大型的局域網(wǎng)需要的路由器和二層交換機(jī)數(shù)量是比較多的，所以大型局域網(wǎng)采用三層交換機(jī)是非常有必要的。

除了以上幾個(gè)方面，三層交換機(jī)和路由器在使用場(chǎng)所上及數(shù)據(jù)處理的方式也存在著差異，這些差異也決定著三層交換機(jī)替代路由器是否可行。三層交換機(jī)的路由功能比較簡(jiǎn)單，路由途徑相對(duì)于路由器來(lái)說(shuō)也沒(méi)有那么復(fù)雜，三層交換機(jī)的主要目的是加快數(shù)據(jù)交換的速度，滿足在局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)交換比較頻繁的的要求。路由器則是為了滿足不同種類的網(wǎng)絡(luò)連接，它的路由功能主要是在不同種類的網(wǎng)絡(luò)之間的連接上體現(xiàn)的，其主要目的就是路由轉(zhuǎn)發(fā)，所以它的路由功能比三層交換機(jī)的要高。相對(duì)于局域網(wǎng)來(lái)說(shuō)，其數(shù)據(jù)傳送比較頻繁，利用三層交換機(jī)會(huì)加快數(shù)據(jù)的傳送效率。

路由器一般是在微處理器的軟件路由的前提下進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的，三層交換機(jī)則是通過(guò)硬件來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的。路由器的路由功能比較強(qiáng)大，這時(shí)三層交換機(jī)不能完全取代路由器的一個(gè)重要原因。三層交換機(jī)避免了路由器進(jìn)行路由選擇時(shí)造成的網(wǎng)絡(luò)時(shí)間的延遲，提高了局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)的傳送效率，而且三層交換機(jī)的路由查找是利用緩存技術(shù)針對(duì)數(shù)據(jù)流而言的，現(xiàn)代技術(shù)很容易能實(shí)現(xiàn)，這樣一來(lái)，不僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)，還能節(jié)約很大成本。路由器的轉(zhuǎn)發(fā)是利用最長(zhǎng)匹配的方法實(shí)現(xiàn)的，這種方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程非常復(fù)雜，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的效率比較低。而且三層交換機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力比路由器高出很多，所以可以用三層交換機(jī)替換路由器實(shí)現(xiàn)同一局域網(wǎng)中的各個(gè)子網(wǎng)的相連，但是這時(shí)局域網(wǎng)必須通過(guò)與公網(wǎng)相連才能實(shí)現(xiàn)跨地域性的網(wǎng)絡(luò)，也就是說(shuō)路由器在局域網(wǎng)中還是不能缺少的。使用路由器把網(wǎng)絡(luò)劃分成多個(gè)虛擬網(wǎng)或子網(wǎng)，能通過(guò)其自身的功能有效的進(jìn)行安全控制，避免出現(xiàn)通信混亂的現(xiàn)象。

4 局域網(wǎng)中三層交換機(jī)替換路由器的可行性

隨著網(wǎng)絡(luò)的使用越來(lái)越普遍，單純地使用路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的通信存在著一定的弊端，因?yàn)槁酚善鞯亩丝跀?shù)量十分有限，路由速度也比較慢，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和通信有一定的限制。三層交換機(jī)就是在這種背景下出現(xiàn)的，三層交換機(jī)的接口類型相對(duì)于路由器來(lái)說(shuō)是比較簡(jiǎn)單，同時(shí)三層交換機(jī)還具備二層交換機(jī)的數(shù)據(jù)處理功能，這就使得三層交換機(jī)非常適合于大型局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)的路由與交換。三層交換機(jī)同時(shí)具備了傳統(tǒng)路由器的部分功能和二層交換的速度，而且價(jià)格相比于路由器的使用是比較便宜的。

在城域教育網(wǎng)、校園網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)中，三層交換機(jī)一般是用在網(wǎng)絡(luò)的核心層以連接不同的子網(wǎng)或者是虛擬網(wǎng)。三層交換機(jī)的最大的優(yōu)點(diǎn)就是局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)交換速度比較快，這也是它最重要的目的，所以它所具備的路由功能比專業(yè)的路由器的要弱一些，所以三層交換機(jī)還不能完全取代交換機(jī)。

通過(guò)三層交換機(jī)和路由器的各方面的對(duì)比，不難發(fā)現(xiàn)三層交換機(jī)是現(xiàn)在局域網(wǎng)中的最佳的選擇。雖然三層交換機(jī)還不能完全取代路由器，但是三層交換機(jī)的整體性能及在局域網(wǎng)中的適用性都比路由器要高，所以結(jié)合各方面的因素，可以看出在局域網(wǎng)中用三層交換機(jī)替換路由器是十分可行的。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)三層交換機(jī)和路由器的子網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò)骨干，可擴(kuò)充性，性價(jià)比、使用場(chǎng)所和數(shù)據(jù)處理等幾個(gè)方面進(jìn)行對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)三層交換機(jī)的整體性能已經(jīng)超過(guò)了路由器，其在局域網(wǎng)中的應(yīng)用節(jié)省了資金的投入，保障了網(wǎng)絡(luò)通信的安全?？梢哉f(shuō)局域網(wǎng)中用三層交換機(jī)來(lái)替代路由器是可行的，而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三層交換機(jī)很有可能會(huì)完全取代路由器。

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