二三層交換技術與路由技術對比

2021-07-05 05:37:20 字數 3140 閱讀 4776

區域網路的出現,迄今為止已經經歷了三十多年,在這三十多年的發展歷程中,從最初的無線技術aloha引出csma/cd核心技術,直到快速乙太網(802.3u)及現代的ge(802.3z)10ge乙太網技術的出現,不斷的推陳出新。這就引發了乙個問題,對於乙個具體的網路,因為可選擇的組網方式的多樣化,如何選擇一種好的組網技術成為困惑。

對於使用者來說,在減低成本的前提下,保證網路的高可靠性,高效能,易維護,易擴充套件,與採用何種組網技術密切相關;對於裝置廠商來說,在保證使用者的網路功能實現的基礎上,如何能夠取的更為可觀的利潤,採用組網技術的優劣,也是提高利潤的其中乙個手段。

目前技術的發展,可以說直接面向使用者的第一層介面和第二層交換技術已經日趨成熟,它們的發展現狀令人滿意,所以說選擇的重點不在這個層次。但是,作為網路的核心,起網間互連作用的路由器技術卻沒有實質性的突破。於是一種新的路由技術應運而生----三層交換技術,說它是路由技術,因為它工作在網路協議的三層;說它是交換技術,交換速度特別快,幾乎可以達到二層交換速度。

在這些技術選擇的權衡中,二層交換+路由組網與三層交換組網的選擇是乙個焦點問題,二層交換機、三層交換機和路由器這三種技術究竟誰優誰劣,它們各自適用在什麼環境?為了解答這問題,我們先從這三種技術的工作原理入手。

(一) 二層交換技術

二層交換技術是發展比較成熟,二層交換機屬資料鏈路層裝置,可以識別資料報中的mac位址資訊,根據mac位址進行**,並將這些mac位址與對應的埠記錄在自己內部的乙個位址表中。具體的工作流程如下:

(1) 當交換機從某個埠收到乙個資料報,它先讀取包頭中的源mac位址,這樣它就知道源mac位址的機器是連在哪個埠上的;

(2) 再去讀取包頭中的目的mac位址,並在位址表中查詢相應的埠;

(3) 如表中有與這目的mac位址對應的埠,把資料報直接複製到這埠上;

(4) 如表中找不到相應的埠則把資料報廣播到所有埠上,當目的機器對源機器回應時,交換機又可以學習一目的mac位址與哪個埠對應,在下次傳送資料時就不再需要對所有埠進行廣播了。

不斷的迴圈這個過程,對於全網的mac位址資訊都可以學習到,二層交換機就是這樣建立和維護它自己的位址表。

從二層交換機的工作原理可以推知以下三點:

(1) 由於交換機對多數埠的資料進行同時交換,這就要求具有很寬的交換匯流排頻寬,如果二層交換機有n個埠,每個埠的頻寬是m,交換機匯流排頻寬超過n×m,那麼這交換機就可以實現線速交換;

(2) 學習埠連線的機器的mac位址,寫入位址表,位址表的大小(一般兩種表示方式:一為beffer ram,一為mac表項數值),位址表大小影響交換機的接入容量;

以上三點也是評判二三層交換機效能優劣的主要技術引數,這一點請大家在考慮裝置選型時注意比較。

(二)路由技術

路由器工作在osi模型的第三層---網路層操作,其工作模式與二層交換相似,但路由器工作在第三層,這個區別決定了路由和交換在傳遞包時使用不同的控制資訊,實現功能的方式就不同。工作原理是在路由器的內部也有乙個表,這個表所標示的是如果要去某乙個地方,下一步應該向那裡走,如果能從路由表中找到資料報下一步往那裡走,把鏈路層資訊加上**出去;如果不能知道下一步走向那裡,則將此包丟棄,然後返回乙個資訊交給源位址。

路由技術實質上來說不過兩種功能:決定最優路由和**資料報。路由表中寫入各種資訊,由路由演算法計算出到達目的位址的最佳路徑,然後由相對簡單直接的**機制傳送資料報。接受資料的下一台路由器依照相同的工作方式繼續**,依次類推,直到資料報到達目的路由器。

而路由表的維護,也有兩種不同的方式。一種是路由資訊的更新,將部分或者全部的路由資訊公布出去,路由器通過互相學習路由資訊,就掌握了全網的拓撲結構,這一類的路由協議稱為距離向量路由協議;另一種是路由器將自己的鏈路狀態資訊進行廣播,通過互相學習掌握全網的路由資訊,進而計算出最佳的**路徑,這類路由協議稱為鏈路狀態路由協議。

由於路由器需要做大量的路徑計算工作,一般處理器的工作能力直接決定其效能的優劣。當然這一判斷還是對中低端路由器而言,因為高階路由器往往採用分布式處理系統體系設計。

(三)三層交換技術

近年來的對三層技術的宣傳,耳朵都能起繭子,到處都在喊三層技術,有人說這是個非常新的技術,也有人說,三層交換嘛,不就是路由器和二層交換機的堆疊,也沒有什麼新的玩意,事實果真如此嗎?下面先來通過乙個簡單的網路來看看三層交換機的工作過程。

組網比較簡單

使用ip的裝置a------------------------三層交換機------------------------使用ip的裝置b

比如a要給b傳送資料,已知目的ip,那麼a就用子網掩碼取得網路位址,判斷目的ip是否與自己在同一網段。

如果在同一網段,但不知道**資料所需的mac位址,a就傳送乙個arp請求,b返回其mac位址,a用此mac封裝資料報並傳送給交換機,交換機起用二層交換模組,查詢mac位址表,將資料報**到相應的埠。

以上就是三層交換機工作過程的簡單概括,可以看出三層交換的特點:

由硬體結合實現資料的高速**。

這就不是簡單的二層交換機和路由器的疊加,三層路由模組直接疊加在二層交換的高速背板匯流排上,突破了傳統路由器的介面速率限制,速率可達幾十gbit/s。算上背板頻寬,這些是三層交換機效能的兩個重要引數。

簡潔的路由軟體使路由過程簡化。

大部分的資料**,除了必要的路由選擇交由路由軟體處理,都是又二層模組高速**,路由軟體大多都是經過處理的高效優化軟體,並不是簡單照搬路由器中的軟體。

結論 二層交換機用於小型的區域網路。這個就不用多言了,在小型區域網中,廣播包影響不大,二層交換機的快速交換功能、多個接入埠和低謙**為小型網路使用者提供了很完善的解決方案。

路由器的優點在於介面型別豐富,支援的三層功能強大,路由能力強大,適合用於大型的網路間的路由,它的優勢在於選擇最佳路由,負荷分擔,鏈路備份及和其他網路進行路由資訊的交換等等路由器所具有功能。

三層交換機的最重要的功能是加快大型區域網路內部的資料的快速**,加入路由功能也是為這個目的服務的。如果把大型網路按照部門,地域等等因素劃分成乙個個小區域網,這將導致大量的網際互訪,單純的使用二層交換機不能實現網際互訪;如單純的使用路由器,由於介面數量有限和路由**速度慢,將限制網路的速度和網路規模,採用具有路由功能的快速**的三層交換機就成為首選。

一般來說,在內網資料流量大,要求快速**響應的網路中,如全部由三層交換機來做這個工作,會造成三層交換機負擔過重,響應速度受影響,將網間的路由交由路由器去完成,充分發揮不同裝置的優點,不失為一種好的組網策略,當然,前提是客戶的腰包很鼓,不然就退而求其次,讓三層交換機也兼為網際互連。

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