路由器與交換器的區別

路由器與交換器的區別

　　電腦網路往往由許多種不同類型的網路互連串連而成。如果幾個電腦網路只是在物理上串連在一起，它們之間並不能進行通訊，那麼這種“互連”並沒有什麼實際意義。因此通常在談到“互連”時，就已經暗示這些相互串連的電腦是可以進行通訊的，也就是說，從功能上和邏輯上看，這些電腦網路已經組成了一個大型的電腦網路，或稱為互連網絡，也可簡稱為互連網、互連網。 

　　將網路互相串連起來要使用一些中間裝置（或中間系統），ISO的術語稱之為中繼（relay）系統。根據中繼系統所在的層次，可以有以下五種中繼系統： 

　　1.物理層（即常說的第一層、層L1）中繼系統，即轉寄站（repeater）。 

　　2.資料連結層（即第二層，層L2），即橋接器或橋接器（bridge）。 

　　3.網路層（第三層，層L3）中繼系統，即路由器（router）。 

　　4.橋接器和路由器的混合物橋路器（brouter）兼有橋接器和路由器的功能。 

　　5.在網路層以上的中繼系統，即網關（gateway）. 

　　當中繼系統是轉寄站時，一般不稱之為網路互聯，因為這僅僅是把一個網路擴大了，而這仍然是一個網路。高層網關由於比較複雜，目前使用得較少。因此一般討論網路互連時都是指用交換器和路由器進行互聯的網路。本文主要闡述交換器和路由器及其區別。 

　　 交換器和路由器 

　　“交換”是今天網路裡出現頻率最高的一個詞，從橋接到路由到ATM直至電話系統，無論何種場合都可將其套用，搞不清到底什麼才是真正的交換。其實交換一詞最早出現於電話系統，特指實現兩個不同電話機之間話音訊號的交換，完成該工作的裝置就是電話交換器。所以從本意上來講，交換隻是一種技術概念，即完成訊號由裝置入口到出口的轉寄。因此，只要是和符合該定義的所有裝置都可被稱為交換裝置。由此可見，“交換”是一個涵義廣泛的詞語，當它被用來描述資料網路第二層的裝置時，實際指的是一個橋接裝置；而當它被用來描述資料網路第三層的裝置時，又指的是一個路由裝置。 　

　　我們經常說到的乙太網路交換器實際是一個基於橋接器技術的多連接埠第二層網路裝置，它為資料幀從一個連接埠到另一個任意連接埠的轉寄提供了低時延、低開銷的通路。 

　　由此可見，交換器內部核心處應該有一個交換矩陣，為任意兩連接埠間的通訊提供通路，或是一個快速交換匯流排，以使由任意連接埠接收的資料幀從其他連接埠送出。在實際裝置中，交換矩陣的功能往往由專門的晶片（ASIC）完成。另外，乙太網路交換器在設計思想上有一個重要的假設，即交換核心的速度非常之快，以致通常的大流量資料不會使其產生擁塞，換句話說，交換的能力相對於所傳資訊量而無窮大（與此相反，ATM交換器在設計上的思路是，認為交換的能力相對所傳資訊量而言有限）。 

　　雖然乙太網路第二層交換器是基於多連接埠橋接器發展而來，但畢竟交換有其更豐富的特性，使之不但是獲得更多頻寬的最好途徑，而且還使網路更易管理。 

　　而路由器是OSI協議模型的網路層中的封包交換裝置（或網路層中繼裝置），路由器的準系統是把資料（IP報文）傳送到正確的網路，包括： 

　　1.IP資料報的轉寄，包括資料報的尋徑和傳送； 

　　2.子網隔離，抑制廣播風暴； 

　　3.維護路由表，並與其他路由器交換路由資訊，這是IP報文轉寄的基礎。 

　　4.IP資料報的差錯處理及簡單的擁塞控制； 

　　5.實現對IP資料報的過濾和記帳。 

　　對於不同地規模的網路，路由器的作用的側重點有所不同。 

　　在主幹網上，路由器的主要作用是路由選擇。主幹網上的路由器，必須知道到達所有下層網路的路徑。這需要維護龐大的路由表，並對串連狀態的變化作出儘可能迅速的反應。路由器的故障將會導致嚴重的資訊傳輸問題。 

　　在地區網中，路由器的主要作用是網路連接和路由選擇，即串連下層各個基層網路單位－－園區網，同時負責下層網路之間的資料轉寄。 

　　在園區網內部，路由器的主要作用是分隔子網。早期的互連網基層單位是區域網路（LAN），其中所有主機處於同一邏輯網路中。隨著網路規模的不斷擴大，區域網路演變成以高速主乾和路由器串連的多個子網所組成的園區網。在其中，處個子網在邏輯上獨立，而路由器就是唯一能夠分隔它們的裝置，它負責子網間的報文轉寄和廣播隔離，在邊界上的路由器則負責與上層網路的串連。 

　　 第二層交換器和路由器的區別 

　　傳統交換器從橋接器發展而來，屬於OSI第二層即資料連結層裝置。它根據MAC地址定址，通過站表選擇路由，站表的建立和維護由交換器自動進行。路由器屬於OSI第三層即網路層裝置，它根據IP地址進行定址，通過路由表路由協議產生。交換器最大的好處是快速，由於交換器只須識別幀中MAC地址，直接根據MAC地址產生選擇轉送連接埠演算法簡單，便於ASIC實現，因此轉寄速度極高。但交換器的工作機制也帶來一些問題。 

　　1.迴路：根據交換器地址學習和站表建立演算法，交換器之間不允許存在迴路。一旦存在迴路，必須啟動產生樹演算法，阻塞掉產生迴路的連接埠。而路由器的路由協議沒有這個問題，路由器之間可以有多條通路來平衡負載，提高可靠性。 

　　2.負載集中：交換器之間只能有一條通路，使得資訊集中在一條通訊鏈路上，不能進行動態分配，以平衡負載。而路由器的路由協議演算法可以避免這一點，OSPF路由協議演算法不但能產生多條路由，而且能為不同的網路應用選擇各自不同的最佳路由。 

　　3.廣播控制：交換器只能縮小衝突域，而不能縮小廣播域。整個交換式網路就是一個大的廣播域，廣播報文散到整個交換式網路。而路由器可以隔離廣播域，廣播報文不能通過路由器繼續進行廣播。 

　　4.子網劃分：交換器只能識別MAC地址。MAC地址是物理地址，而且採用平坦的地址結構，因此不能根據MAC地址來劃分子網。而路由器識別IP地址，IP地址由網路系統管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有階層，被劃分成網路號和主機號，可以非常方便地用於劃分子網，路由器的主要功能就是用於串連不同的網路。 

　　5.保密問題：雖說交換器也可以根據幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內容對幀實施過濾，但路由器根據報文的源IP地址、目的IP地址、TCP連接埠地址等內容對報文實施過濾，更加直觀方便。 

　　6.介質相關：交換器作為橋接裝置也能完成不同鏈路層和物理層之間的轉換，但這種轉換過程比較複雜，不適合ASIC實現，勢必降低交換器的轉寄速度。因此目前交換器主要完成相同或相似物理介質和鏈路協議的網路互連，而不會用來在物理介質和鏈路層協議相差甚元的網路之間進行互連。而路由器則不同，它主要用於不同網路之間互連，因此能串連不同物理介質、鏈路層協議和網路層協議的網路。路由器在功能上雖然佔據了優勢，但價格昂貴，報文轉寄速度低。 

　　近幾年，交換器為提高效能做了許多改進，其中最突出的改進是虛擬網路和三層交換。 

　　劃分子網可以縮小廣播域，減少廣播風暴對網路的影響。路由器每一介面串連一個子網，廣播報文不能經過路由器廣播出去，串連在路由器不同介面的子網屬於不同子網，子網範圍由路由器物理劃分。對交換器而言，每一個連接埠對應一個網段，由於子網由若干網段構成，通過對交換器連接埠的組合，可以邏輯劃分子網。廣播報文只能在子網內廣播，不能擴散到別的子網內，通過合理劃分邏輯子網，達到控制廣播的目的。由於邏輯子網由交換器連接埠任意組合，沒有物理上的相關性，因此稱為虛擬子網，或叫虛擬網。虛擬網技術不用路由器就解決了廣播報文的隔離問題，且虛擬網內網段與其物理位置無關，即相鄰網段可以屬於不同虛擬網，而相隔甚遠的兩個網段可能屬於不同虛擬網，而相隔甚遠的兩個網段可能屬於同一個虛擬網。不同虛擬網內的終端之間不能相互連信，增強了對網路內資料的存取控制。 

　　交換器和路由器是效能和功能的矛盾體，交換器交換速度快，但控制功能弱，路由器控制效能強，但報文轉寄速度慢。解決這個矛盾的技術是三層交換，既有交換器線速轉寄報文能力，又有路由器良好的控制功能。 

　　第三層交換器和路由器的區別 

　　在第三層交換技術出現之前，幾乎沒有必要將路由功能器件和路由器區別開來，他們完全是相同的：提供路由功能正在路由器的工作，然而，現在第三層交換器完全能夠執行傳統路由器的大多數功能。作為網路互連的裝置，第三層交換器具有以下特徵： 

　　1.轉寄基於第三層地址的業務流； 

　　2.完全交換功能； 

　　3.可以完成特殊服務，如報文過濾或認證； 

　　4.執行或不執行路由處理。 

　　第三層交換器與傳統路由器相比有如下優點： 

　　1.子網間傳輸頻寬可任意分配：傳統路由器每個介面串連一個子網，子網通過路由器進行傳輸的速率被介面的頻寬所限制。而三層交換器則不同，它可以把多個連接埠定義成一個虛擬網，把多個連接埠組成的虛擬網作為虛擬網介面，該虛擬網內資訊可通過組成虛擬網的連接埠送給三層交換器，由於連接埠數可任意指定，子網間傳輸頻寬沒有限制。 

　　2.合理配置資訊資源：由於訪問子網內資源速率和訪問全域網中資源速率沒有區別，子網設定單獨伺服器的意義不大，通過在全域網中設定伺服器群不僅節省費用，更可以合理配置資訊資源。 

　　3.降低成本：通常的網路設計用交換器構成子網，用路由器進行子網間互連。目前採用三層交換器進行網路設計，既可以進行任意虛擬子網劃分，又可以通過交換器三層路由功能完成子網間通訊，為此節省了價格昂貴的路由器。 

　　4.交換器之間串連靈活：作為交換器，它們之間不允許存在迴路，作為路由器，又可有多條通路來提高可靠性、平衡負載。三層交換器用產生樹演算法阻塞造成迴路的連接埠，但進行路由選擇時，依然把阻塞掉的通路作為可選路徑參與路由選擇。 

　　5 結論 

　　綜上所述，交換器一般用於LAN－WAN的串連，交換器歸於橋接器，是資料連結層的裝置，有些交換器也可實現第三層的交換。路由器用於WAN－WAN之間的串連，可以解決異性網路之間轉寄分組，作用於網路層。他們只是從一條線路上接受輸入分組，然後向另一條線路轉寄。這兩條線路可能分屬於不同的網路，並採用不同協議。相比較而言，路由器的功能較交換器要強大，但速度相對也慢