局域網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，迄今為止已經(jīng)經(jīng)歷了三十多年，在這三十多年的發(fā)展歷程中，從最初的無(wú)線技術(shù)ALOHA引出CSMA/CD核心技術(shù)，直到快速以太網(wǎng)（802.3u）及現(xiàn)代的GE（802.3z）10GE以太網(wǎng)技術(shù)的出現(xiàn)，不斷的推陳出新。這就引發(fā)了一個(gè)問(wèn)題，對(duì)于一個(gè)具體的網(wǎng)絡(luò)，因?yàn)榭蛇x擇的組網(wǎng)方式的多樣化，如何選擇一種好的組網(wǎng)技術(shù)成為困惑。
對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)，在減低成本的前提下，保證網(wǎng)絡(luò)的高可靠性，高性能，易維護(hù)，易擴(kuò)展，與采用何種組網(wǎng)技術(shù)密切相關(guān)；對(duì)于設(shè)備廠商來(lái)說(shuō)，在保證用戶的網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，如何能夠取的更為可觀的利潤(rùn)，采用組網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)劣，也是提高利潤(rùn)的其中一個(gè)手段。
目前技術(shù)的發(fā)展，可以說(shuō)直接面向用戶的第一層接口和第二層交換技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，它們的發(fā)展現(xiàn)狀令人滿意，所以說(shuō)選擇的重點(diǎn)不在這個(gè)層次。但是，作為網(wǎng)絡(luò)的核心，起網(wǎng)間互連作用的路由器技術(shù)卻沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的突破。于是一種新的路由技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生----三層交換技術(shù)，說(shuō)它是路由技術(shù)，因?yàn)樗ぷ髟诰W(wǎng)絡(luò)協(xié)議的三層；說(shuō)它是交換技術(shù)，交換速度特別快，幾乎可以達(dá)到二層交換速度。
在這些技術(shù)選擇的權(quán)衡中，二層交換+路由組網(wǎng)與三層交換組網(wǎng)的選擇是一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題，二層交換機(jī)、三層交換機(jī)和路由器這三種技術(shù)究竟誰(shuí)優(yōu)誰(shuí)劣，它們各自適用在什么環(huán)境？為了解答這問(wèn)題，我們先從這三種技術(shù)的工作原理入手。
（一）二層交換技術(shù)
二層交換技術(shù)是發(fā)展比較成熟，二層交換機(jī)屬數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，可以識(shí)別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并將這些MAC地址與對(duì)應(yīng)的端口記錄在自己內(nèi)部的一個(gè)地址表中。具體的工作流程如下：
（1）當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機(jī)器是連在哪個(gè)端口上的；
（2）再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口；
（3）如表中有與這目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上；
（4）如表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再需要對(duì)所有端口進(jìn)行廣播了。
不斷的循環(huán)這個(gè)過(guò)程，對(duì)于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學(xué)習(xí)到，二層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)它自己的地址表。
從二層交換機(jī)的工作原理可以推知以下三點(diǎn)：
（1）由于交換機(jī)對(duì)多數(shù)端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行同時(shí)交換，這就要求具有很寬的交換總線帶寬，如果二層交換機(jī)有N個(gè)端口，每個(gè)端口的帶寬是M，交換機(jī)總線帶寬超過(guò)N×M，那么這交換機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)線速交換；
（2）學(xué)習(xí)端口連接的機(jī)器的MAC地址，寫(xiě)入地址表，地址表的大小（一般兩種表示方式：一為BEFFERRAM，一為MAC表項(xiàng)數(shù)值），地址表大小影響交換機(jī)的接入容量；
（3）還有一個(gè)就是二層交換機(jī)一般都含有專門(mén)用于處理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的ASIC（Applicationspecific Integrated Circuit）芯片，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度可以做到非常快。由于各個(gè)廠家采用ASIC不同，直接影響產(chǎn)品性能。
以上三點(diǎn)也是評(píng)判二三層交換機(jī)性能優(yōu)劣的主要技術(shù)參數(shù)，這一點(diǎn)請(qǐng)大家在考慮設(shè)備選型時(shí)注意比較。
（二）路由技術(shù)
路由器工作在OSI模型的第三層---網(wǎng)絡(luò)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(gè)區(qū)別決定了路由和交換在傳遞包時(shí)使用不同的控制信息，實(shí)現(xiàn)功能的方式就不同。工作原理是在路由器的內(nèi)部也有一個(gè)表，這個(gè)表所標(biāo)示的是如果要去某一個(gè)地方，下一步應(yīng)該向那里走，如果能從路由表中找到數(shù)據(jù)包下一步往那里走，把鏈路層信息加上轉(zhuǎn)發(fā)出去；如果不能知道下一步走向那里，則將此包丟棄，然后返回一個(gè)信息交給源地址。
路由技術(shù)實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō)不過(guò)兩種功能：決定最優(yōu)路由和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。路由表中寫(xiě)入各種信息，由路由算法計(jì)算出到達(dá)目的地址的最佳路徑，然后由相對(duì)簡(jiǎn)單直接的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制發(fā)送數(shù)據(jù)包。接受數(shù)據(jù)的下一臺(tái)路由器依照相同的工作方式繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，依次類推，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的路由器。
而路由表的維護(hù)，也有兩種不同的方式。一種是路由信息的更新，將部分或者全部的路由信息公布出去，路由器通過(guò)互相學(xué)習(xí)路由信息，就掌握了全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這一類的路由協(xié)議稱為距離矢量路由協(xié)議；另一種是路由器將自己的鏈路狀態(tài)信息進(jìn)行廣播，通過(guò)互相學(xué)習(xí)掌握全網(wǎng)的路由信息，進(jìn)而計(jì)算出最佳的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，這類路由協(xié)議稱為鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。
由于路由器需要做大量的路徑計(jì)算工作，一般處理器的工作能力直接決定其性能的優(yōu)劣。當(dāng)然這一判斷還是對(duì)中低端路由器而言，因?yàn)楦叨寺酚善魍捎梅植际教幚硐到y(tǒng)體系設(shè)計(jì)。
（三）三層交換技術(shù)
近年來(lái)的對(duì)三層技術(shù)的宣傳，耳朵都能起繭子，到處都在喊三層技術(shù)，有人說(shuō)這是個(gè)非常新的技術(shù)，也有人說(shuō)，三層交換嘛，不就是路由器和二層交換機(jī)的堆疊，也沒(méi)有什么新的玩意，事實(shí)果真如此嗎？下面先來(lái)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)來(lái)看看三層交換機(jī)的工作過(guò)程。
組網(wǎng)比較簡(jiǎn)單
使用IP的設(shè)備A------------------------三層交換機(jī)------------------------使用IP的設(shè)備B
比如A要給B發(fā)送數(shù)據(jù)，已知目的IP，那么A就用子網(wǎng)掩碼取得網(wǎng)絡(luò)地址，判斷目的IP是否與自己在同一網(wǎng)段。
如果在同一網(wǎng)段，但不知道轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所需的MAC地址，A就發(fā)送一個(gè)ARP請(qǐng)求，B返回其MAC地址，A用此MAC封裝數(shù)據(jù)包并發(fā)送給交換機(jī)，交換機(jī)起用二層交換模塊，查找MAC地址表，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口。
如果目的IP地址顯示不是同一網(wǎng)段的，那么A要實(shí)現(xiàn)和B的通訊，在流緩存條目中沒(méi)有對(duì)應(yīng)MAC地址條目，就將第一個(gè)正常數(shù)據(jù)包發(fā)送向一個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)，這個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)一般在操作系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)好，對(duì)應(yīng)第三層路由模塊，所以可見(jiàn)對(duì)于不是同一子網(wǎng)的數(shù)據(jù)，最先在MAC表中放的是缺省網(wǎng)關(guān)的MAC地址；然后就由三層模塊接收到此數(shù)據(jù)包，查詢路由表以確定到達(dá)B的路由，將構(gòu)造一個(gè)新的幀頭，其中以缺省網(wǎng)關(guān)的MAC地址為源MAC地址，以主機(jī)B的MAC地址為目的MAC地址。通過(guò)一定的識(shí)別觸發(fā)機(jī)制，確立主機(jī)A與B的MAC地址及轉(zhuǎn)發(fā)端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并記錄進(jìn)流緩存條目表，以后的A到B的數(shù)據(jù)，就直接交由二層交換模塊完成。這就通常所說(shuō)的一次路由多次轉(zhuǎn)發(fā)。
以上就是三層交換機(jī)工作過(guò)程的簡(jiǎn)單概括，可以看出三層交換的特點(diǎn)：
由硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)。
這就不是簡(jiǎn)單的二層交換機(jī)和路由器的疊加，三層路由模塊直接疊加在二層交換的高速背板總線上，突破了傳統(tǒng)路由器的接口速率限制，速率可達(dá)幾十Gbit/s。算上背板帶寬，這些是三層交換機(jī)性能的兩個(gè)重要參數(shù)。
簡(jiǎn)潔的路由軟件使路由過(guò)程簡(jiǎn)化。
大部分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，除了必要的路由選擇交由路由軟件處理，都是又二層模塊高速轉(zhuǎn)發(fā)，路由軟件大多都是經(jīng)過(guò)處理的高效優(yōu)化軟件，并不是簡(jiǎn)單照搬路由器中的軟件。
結(jié)論
二層交換機(jī)用于小型的局域網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)就不用多言了，在小型局域網(wǎng)中，廣播包影響不大，二層交換機(jī)的快速交換功能、多個(gè)接入端口和低謙價(jià)格為小型網(wǎng)絡(luò)用戶提供了很完善的解決方案。
路由器的優(yōu)點(diǎn)在于接口類型豐富，支持的三層功能強(qiáng)大，路由能力強(qiáng)大，適合用于大型的網(wǎng)絡(luò)間的路由，它的優(yōu)勢(shì)在于選擇最佳路由，負(fù)荷分擔(dān)，鏈路備份及和其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由信息的交換等等路由器所具有功能。
三層交換機(jī)的最重要的功能是加快大型局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)，加入路由功能也是為這個(gè)目的服務(wù)的。如果把大型網(wǎng)絡(luò)按照部門(mén)，地域等等因素劃分成一個(gè)個(gè)小局域網(wǎng)，這將導(dǎo)致大量的網(wǎng)際互訪，單純的使用二層交換機(jī)不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)際互訪；如單純的使用路由器，由于接口數(shù)量有限和路由轉(zhuǎn)發(fā)速度慢，將限制網(wǎng)絡(luò)的速度和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，采用具有路由功能的快速轉(zhuǎn)發(fā)的三層交換機(jī)就成為首選。
一般來(lái)說(shuō)，在內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量大，要求快速轉(zhuǎn)發(fā)響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中，如全部由三層交換機(jī)來(lái)做這個(gè)工作，會(huì)造成三層交換機(jī)負(fù)擔(dān)過(guò)重，響應(yīng)速度受影響，將網(wǎng)間的路由交由路由器去完成，充分發(fā)揮不同設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，不失為一種好的組網(wǎng)策略，當(dāng)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(jī)也兼為網(wǎng)際互連。
