網(wǎng)絡(luò)交換機與路由器的比較選擇

趙巖

（大慶油田信息技術(shù)公司，黑龍江 大慶 163000）

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展進步，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用相關(guān)的設(shè)備在更新?lián)Q代，現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和運行速度都在不斷提升，局域網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速度從原來每秒10Mbit 增長成現(xiàn)在的100Mbit，千兆數(shù)據(jù)傳輸速度的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用?；ヂ?lián)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)方式從原來的數(shù)據(jù)資料共享的局域網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的交換式網(wǎng)絡(luò)，該種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以為用戶開通單獨的帶寬，可以給用戶得到更快的上網(wǎng)體驗，有效地提升了局網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速度和效率。也就是說，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成技術(shù)條件下，面向用戶的第一層數(shù)據(jù)接口、第二層網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)已經(jīng)給用戶帶來了很好的網(wǎng)絡(luò)功能?？墒?，實現(xiàn)網(wǎng)間交互連接的路由器技術(shù)并沒出現(xiàn)實質(zhì)性的進展，在該種狀態(tài)下，新型路由交換技術(shù)被研發(fā)出來，也就是第三層網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)，可通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議在第三層中完成數(shù)據(jù)交互，可以實現(xiàn)很快第二層的數(shù)據(jù)傳輸速度。二、三層數(shù)據(jù)交換器與路由器技術(shù)性能和優(yōu)勢具體如何，可以把其應(yīng)用到那種環(huán)境中，為了對上述問題進行很好的解答，本文對上述三種技術(shù)的實現(xiàn)原理和機制將展開探討，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)組建的目標(biāo)以及條件如何選用合理的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行研究。

1 三種交換技術(shù)的對比分析

1.1 二層交換技術(shù)

二層交換機為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)鏈路層級的通信設(shè)施，可以讀取和分析從數(shù)據(jù)包內(nèi)的mac 地址信息，然后依據(jù)地址數(shù)據(jù)來實現(xiàn)交換，內(nèi)部設(shè)置有地址數(shù)據(jù)表，該地址表呈現(xiàn)出mac 地址與交換機設(shè)備端口相互間關(guān)系。如果交換設(shè)備在某個數(shù)據(jù)端口內(nèi)接收到數(shù)據(jù)包信息，需要先讀出數(shù)據(jù)包頭內(nèi)的源mac 地址，這樣就可以得知源地址對應(yīng)的設(shè)備是在哪個端口，之后再對包頭目標(biāo)地址信息，從地址表找到端口位置。如果地址表內(nèi)存有該mac 地址相應(yīng)端口信息，則把數(shù)據(jù)包內(nèi)數(shù)據(jù)資料傳送到該數(shù)據(jù)端口中，如果在地址表內(nèi)無法查找到數(shù)據(jù)端口，那么就需要把數(shù)據(jù)包通過廣播方式傳送到該數(shù)據(jù)端口，如果目標(biāo)機器產(chǎn)生了回應(yīng)，交換機設(shè)備則可以學(xué)習(xí)該目標(biāo)mac 地址和那個數(shù)據(jù)端口相對應(yīng)，當(dāng)進行下次數(shù)據(jù)傳輸時則不再對數(shù)據(jù)端口進行廣播了

二層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機可采用該方式組建并維護固有的地址表數(shù)據(jù)，因為二層交換機具備較寬的數(shù)據(jù)部線，因此，可以為多個數(shù)據(jù)端口完成數(shù)據(jù)交換。二層交換機設(shè)備具備N 個端口，每個端口賦予的帶寬為M，則需要的數(shù)據(jù)交換機應(yīng)該達到的帶寬為N×M，那么就可以達到線速交換，而二層網(wǎng)絡(luò)交換機不會對廣播數(shù)據(jù)包進行約束，需要把廣播數(shù)據(jù)包復(fù)制到所在數(shù)據(jù)端口上。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機內(nèi)存裝有用于處理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的芯片，可以實現(xiàn)較高的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

1.2 路由技術(shù)

路由器處在開放式系統(tǒng)互聯(lián)通信模型的三層，也就是在網(wǎng)絡(luò)層面完成操作。路由器內(nèi)部建立有路由控制表，內(nèi)部控制程序指明了需要到哪個地方，需要往哪里走。路由器會從網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)端口內(nèi)接收到數(shù)據(jù)包，應(yīng)該先把鏈路層數(shù)據(jù)包頭處理掉，完成拆包操作，從而獲取到IP 地址數(shù)據(jù)，之后對路由表內(nèi)信息進行查找，如果可以確定出具體的傳送方向，需要再對鏈路層數(shù)據(jù)進行打包操作，之后把數(shù)據(jù)包再次傳送出來。無法確定具體發(fā)送到那個地址，需要向源地址生返回信息，把該數(shù)據(jù)包丟棄掉。

路由技術(shù)實現(xiàn)原理和二層交換十分相近，路由與交換設(shè)備之間的區(qū)別，是數(shù)據(jù)交換產(chǎn)生開放式系統(tǒng)互聯(lián)通信模型的數(shù)據(jù)信信息鏈路層，路由則處在第三層。兩者之間的差別決定在數(shù)據(jù)傳送時需要采取不同的控制信息，相互間的功能有著很大的差別。

網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)主要具備兩種最基本的活動，也就是確定最優(yōu)傳輸路徑以及發(fā)送數(shù)據(jù)信息包。數(shù)據(jù)包發(fā)送實現(xiàn)起來比較簡單，但是路由的確定過程比較復(fù)雜，路由算法會路由表內(nèi)輸入差異化的數(shù)據(jù)信息，會依據(jù)數(shù)據(jù)包傳輸目的確定出最優(yōu)路徑，從而把數(shù)據(jù)包輸送給目標(biāo)地址下級路由器。路由器接收到數(shù)據(jù)包信息時，會核對目標(biāo)地址，采用合理路徑再次發(fā)送給后面的路由器，數(shù)據(jù)包最后到達目標(biāo)地址。

路由器相互間也可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，依據(jù)不同類型的數(shù)據(jù)信息對路由進行維護。對路由器生成的更新數(shù)據(jù)信息進行分析，就可以了解到互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具備的拓撲結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)鏈路數(shù)據(jù)狀態(tài)廣播可以在路由器相互間實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，把數(shù)據(jù)發(fā)送方的鏈路情況傳送給另外的路由器。

1.3 三層交換技術(shù)

具有第三層路由功能的二層交換機，可以實現(xiàn)第三層數(shù)據(jù)交換功能，把二者的優(yōu)勢充分結(jié)合起來。從硬件角度來看，二層數(shù)據(jù)交換機接口利用數(shù)據(jù)傳輸速度可達到每秒數(shù)十Gbit。利用第三層數(shù)據(jù)交換機，和路由器相關(guān)的硬件模塊可以安裝到高速總線上，該種方式可以使路由模塊實現(xiàn)與其它模塊的數(shù)據(jù)交換，有效地解決了外接路由器數(shù)據(jù)接口傳輸速率慢的問題。在軟件性能方面，第三層交換機也得到改進，對軟件為基礎(chǔ)的路由器進行了重新定義。數(shù)據(jù)包信息經(jīng)過硬件設(shè)備實現(xiàn)了較高速度的傳輸。第三層內(nèi)的路由信息更新、維護等工勇，經(jīng)過軟件進行了充分的優(yōu)化。

第三層數(shù)據(jù)交換具備如下幾種優(yōu)點：（1）網(wǎng)絡(luò)硬件的高效結(jié)合可以使得數(shù)據(jù)交換速率提到很大改善。（2）經(jīng)過優(yōu)化改進后的路由控制軟件，使得路由性能大幅提升。（3）除了必須的路由決定之外，很多數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)需要在第三層內(nèi)實現(xiàn)交換處理。（4）多個子網(wǎng)相互間連接時，需要第三層數(shù)據(jù)交換模塊完成邏輯性連接，不再另加設(shè)其它的端口，可以減小資金投入。

2 三種交換技術(shù)選用

2.1 二層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機可用于小型局域網(wǎng)

如果局域網(wǎng)的規(guī)模不大，交換機的數(shù)量只有數(shù)十臺，該網(wǎng)絡(luò)條件下的廣播數(shù)據(jù)包不會產(chǎn)生較大的影響，二層數(shù)據(jù)交換設(shè)備可以在較快速度完成交換，提供多種數(shù)據(jù)接入端口，較少的資金投入，可以為用戶合理的數(shù)據(jù)解決方案，所以，規(guī)模不大的網(wǎng)絡(luò)不需要采用路由功能，避免給維護管理帶來難度，使組建網(wǎng)絡(luò)的費用大幅提升，不需要應(yīng)用三層交換設(shè)備。

2.2 三層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機用于大型局域網(wǎng)

三層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機是專為IP 而進行設(shè)計的，數(shù)據(jù)接口型式十分簡單，可以對二層數(shù)據(jù)包進行很好的解析處理，可用于組建大型的局域網(wǎng)絡(luò)，為了避免數(shù)據(jù)廣播風(fēng)暴形成的危害，需要大型局域網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)使用功能劃分為多個小型的局域網(wǎng)，從而形成多個網(wǎng)段，不同網(wǎng)段間可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互，而只利用二層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機無法達到以網(wǎng)間的交互訪問。但是，只采用路由器則會受到端口數(shù)據(jù)的限制，無法達到很好的傳輸速度，無法組建規(guī)模較大的訪問速度，采用三層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機比較合理。

2.3 路由器用于大型網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)互連

路由器設(shè)備的端口類型比較多，可以支持三層網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，具有很強的數(shù)據(jù)交換能力，可以實現(xiàn)在大型網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)交互，很多三層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機具備異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)接口，應(yīng)用大型網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)接口數(shù)量較少，網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備主要作用在于實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)接口的快速數(shù)據(jù)交互，需要確定出最優(yōu)數(shù)據(jù)傳輸路徑，從而實現(xiàn)與其他網(wǎng)絡(luò)間的路由數(shù)據(jù)信息交互，這些功能都是在路由條件下實現(xiàn)的。

具體是否應(yīng)用三層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機，應(yīng)該結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的具體現(xiàn)狀確定，主要的影響因素主要有投資預(yù)算、網(wǎng)絡(luò)流理等。應(yīng)用三層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機可以有效地提升大型局域網(wǎng)數(shù)據(jù)交互數(shù)率，加入路由功能是為了實現(xiàn)該目的。如果網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)牧髁勘容^大，三層數(shù)據(jù)交換機可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)交換，也可以用于網(wǎng)間的路由，這樣就會加大交換器的負荷，會對響應(yīng)速度形成較大的影響。如果網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量比較大，又要求較高的數(shù)據(jù)響應(yīng)速度，則需要有用三層網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換機實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)交換，而路由器用于實現(xiàn)路由功能，可以把各種設(shè)備的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，實現(xiàn)較好的匹配，如果組建網(wǎng)絡(luò)的資金有限，需要利用三層數(shù)據(jù)交換機實現(xiàn)網(wǎng)間的連接。

3 結(jié)語

綜上所述，交換機和路由器是組建互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵設(shè)備，對其進行合理的選用可以組建起性價比很好的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，需要對兩種設(shè)備進行深入的分析，可以更好地發(fā)揮性能。