三层交换机和路由器有什么区别？

很多朋友问，路由器和三层交换机有什么区别？ 这是一个很好的问题，今天我们就来了解一下。

1、开关工作原理

交换机收到数据后，会检查其目的MAC地址，然后将数据从目的主机所在的接口转发出去。 交换机能够实现这个功能是因为交换机内部有一个MAC地址表。 MAC地址表记录了网络中所有MAC地址与交换机各个端口之间的对应信息。 当需要转发某个数据帧时，交换机根据该数据帧的目的MAC地址查找MAC地址表，获取该地址对应的端口。 即知道该MAC地址的设备连接到交换机的哪个端口，然后交换机将数据帧从该端口转发出去。

1. 交换机建立接收到的数据帧中的源MAC地址与交换机端口的映射关系，并将其写入MAC地址表中。

2. 交换机将数据帧中的目的MAC地址与已建立的MAC地址表进行比较，确定转发到哪个端口。

3. 如果数据帧中的目的MAC 地址不在MAC 地址表中，则转发到所有端口。 这个过程称为泛洪。

4. 广播帧和组播帧转发到所有端口。

举例：某网络如图1所示。

图1 交换机地址表

表1 端口/MAC地址映射表

假设主机pc1向主机pc7发送一个数据帧。 数据帧发送到交换机后，交换机首先检查MAC地址表，发现主机pc7连接到E0/24接口，然后将数据帧从E0/24接口转发出去。

开关的三个基本功能

1. 学习

以太网交换机了解连接到每个端口的设备的MAC地址，将该地址映射到相应的端口，并将其存储在交换机缓存中的MAC地址表中。

2. 转发/过滤

当数据帧的目的地址在MAC地址表中映射时，会转发到与目的节点相连的端口，而不是所有端口（如果数据帧是广播/组播帧，则转发到所有端口）

3.消除循环

当交换机包含冗余环路时，以太网交换机使用生成树协议来避免环路，同时允许备份路径存在。

二层、二层、三层交换机的比较

1、二层交换技术

二层交换技术已经比较成熟。 二层交换机是数据链路层设备，能够识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址和对应的端口记录在自己内部的地址表中。

具体工作流程如下：

(1)当交换机从某个端口接收到数据包时，首先读取数据包头中的源MAC地址，从而知道具有源MAC地址的机器连接到哪个端口；

(2)读取报文头中的目的MAC地址，并在地址表中查找对应的端口；

(3) 如果表中存在目的MAC地址对应的端口，则直接将数据包复制到该端口；

(4) 如果在表中找不到对应的端口，则将数据包广播到所有端口。 当目的机器对源机器做出响应时，交换机就可以获知目的MAC地址对应的端口，并在下次传输数据。 不再需要向所有端口广播。

通过不断循环这个过程，就可以获知整个网络的MAC地址信息。 这就是二层交换机建立和维护自己的地址表的方式。

从二层交换机的工作原理可以推断出以下三点：

(1)由于交换机同时在大多数端口上交换数据，因此需要非常宽的交换总线带宽。 如果二层交换机有N个端口，每个端口的带宽为M，则交换机总线带宽就超过N×M。 那么这个交换机就可以实现线速切换；

(2) 获知该端口所连接机器的MAC地址，并将其写入地址表中。 地址表的大小（一般用两种方式表示：一种是RAM，另一种是MAC表项值）。 地址表的大小影响交换机的访问能力；

(3)还有一点是，二层交换机一般都含有专门设计用于处理数据包转发的ASIC芯片，因此转发速度可以非常快。 由于每个制造商使用的ASIC不同，因此直接影响产品性能。

2、三层交换机

第三层交换工作在OSI七层网络模型的第三层，即网络层。 它利用第三层协议中IP数据包的头信息来标记后续的数据业务流。 后续带有相同标记的业务流数据包被交换到第二数据链路层，从而打开源IP地址和目的IP地址之间的路径。 该路径经过第二链路层。 有了这条路径，三层交换机就不需要每次都对收到的数据包进行解包来确定路由。 相反，它直接转发数据包并交换数据流。

例如

例如，如果A要向B发送数据，并且已知目的IP，则A通过子网掩码获取网络地址并判断目的IP是否与自己在同一网段。

设备A使用IP------------三层交换机----------------设备B使用IP

如果处于同一网段但不知道转发数据所需的MAC地址，则A发送ARP请求，B返回其MAC地址。 A使用这个MAC来封装数据包并将其发送到交换机。 交换机使用二层交换模块查找MAC地址表，将数据包转发到相应的端口。

如果目的IP地址不在同一网段，则A想要与B通信。如果流缓存表项中没有对应的MAC地址表项，则第一个正常数据包将被发送到默认网关。 一般已经在操作系统中设置好，对应第三层路由模块。 因此可以看出，对于不在同一子网的数据，首先将默认网关的MAC地址放入MAC表中； 然后被第三层路由模块接收。 收到这个数据包后，查询路由表确定到B的路由，并构造一个新的帧头，其中默认网关的MAC地址作为源MAC地址，主机B的MAC地址用作目标 MAC 地址。 通过一定的识别触发机制，建立主机A、B的MAC地址和转发端口的对应关系，并记录入流缓存表项。 后续A到B的数据直接交给二层交换模块。 这就是通常所说的一次路由多次转发。

我们可以看到三层交换的特点：

A。 通过硬件组合实现数据的高速转发。

b. 这并不是二层交换机和路由器的简单叠加。 三层路由模块直接叠加在二层交换的高速背板总线上，突破传统路由器的接口速率限制，速率可达数十Gbit/s。 算上背板带宽，这是衡量三层交换机性能的两个重要参数。

C。 简单的路由软件简化了路由过程。

d. 大部分数据转发，除了必要的路由选择由路由软件处理外，均由第二层模块高速转发。 大多数路由软件都是经过处理、高效的优化软件，并不是路由器中软件的简单复制。

所以：

二层交换机：基于MAC地址

三层交换机：具有VLAN功能，交换和路由，基于IP，是网络。

三、路由器和三层交换机的区别

路由器是三层设备，但三层交换机可以同时工作在三层和二层。

其实三层交换机和路由器还是有很大区别的：

1、主要功能不同。 三层交换机和路由器虽然都具有路由功能，但不能等同。 路由器不仅具有路由功能，还提供交换机端口、硬件防火墙等附加功能。 目的是使该装置更加适用、更加实用。

三层交换机也是如此。 主要功能仍然是数据交换，但它是一个带有一些基本路由功能的交换机。 三层交换机兼具数据交换和路由转发功能，但其主要功能仍然是数据交换； 路由器仅具有路由和转发的主要功能。

2、主要适用环境不同。 三层交换机的路由功能通常比较简单，因为它主要处理简单的局域网连接。 这些功能远没有路由器那么复杂。 其在局域网中的主要目的是提供快速的数据交换功能，以满足局域网中频繁数据交换的应用特点。

路由器不一样。 虽然它也适用于局域网之间的连接，但其路由功能更多地体现在不同类型网络之间的互连，例如局域网与广域网之间的连接，以及不同协议的网络之间的连接。 其优点在于选择最佳路由、负载分担、链路备份以及与其他网络交换路由信息。 另外，为了连接各种类型的网络，路由器的接口类型非常丰富，而三层交换机一般只有同一类型的LAN接口，非常简单。

3、技术实现不同。 路由器和三层交换机之间的数据包交换操作有明显的差异。

路由器通常通过网络处理器或多核路由引擎执行数据包交换。

三层交换机通过硬件进行数据包交换。 三层交换机对发送到控制平面的第一个数据包进行路由查找后，会生成一个MAC地址和IP地址的映射表，用于数据平面的查找。 当同一个数据流再次经过时，会使用这张表来进行查表传递，而不是再次发送控制平面来查找路由（即“一条路由，多次交换”）。

提高了数据包转发的效率。 三层交换机的路由查找是针对数据流的。 它使用缓存技术，并且可以使用 ASIC 技术轻松实现。 因此，可以大大节省成本，实现快速转发。

路由器的转发采用最长匹配的方法，实现起来比较复杂。 一般采用昂贵的网络处理器或多核处理器来实现，路由表数量庞大，成本相当高。

4. 总结

二层交换机用于小型局域网。 在小型局域网中，广播报文影响不大。 二层交换机的快速交换功能、多接入端口和低廉的价格为小型网络用户提供了完整的解决方案。

三层交换机最重要的功能是加快大型局域网内数据的快速转发，为此还添加了路由功能。 如果按照部门、地区等因素将一个大的网络划分成一个个的小局域网，这会导致大量的访问。 单纯使用二层交换机无法实现互联网访问；

如果单纯使用路由器，接口数量有限，路由转发速度慢，会限制网络的速度和规模。 因此，使用具有路由功能的快速转发三层交换机成为首选。

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