计算机网络通常由许多不同类型的网络互连。如果几个计算机网络只是物理连接，不能互相通信，那么这个“互联”就没有实际意义。

所以，我们平时讲“互联”，已经暗示了这些互联的计算机是可以通信的，也就是说，从功能和逻辑上看，这些计算机网络已经形成了一个庞大的计算机网络，或者称之为互联网，也可以简称为互联网。

一些中间设备(或中间系统)用于将网络相互连接，在ISO术语中称为中继系统。根据中继系统的级别，可以有以下五种中继系统:

1.物理层(即第一层，L1层)中继系统，即中继器。

2.数据链路层(即第二层，L2层)，即网桥或网桥。

3.网络层(第三层，L3)中继系统，即路由器。

4.网桥和路由器的混合路由器兼具网桥和路由器的功能。

5.网络层之上的中继系统，即网关。

当中继系统为直放站时，一般不叫网间互联，因为只是扩展了一个网络，还是一个网络。由于其复杂性，高层网关目前很少使用。所以在讨论网络互联时，通常指的是由交换机和路由器互联而成的网络。本文主要阐述交换机和路由器及其区别。

一.交换机和路由器

“切换”是当今网络中出现频率最高的一个词。它可以应用于任何情况，从桥接到路由到ATM到电话系统，不清楚什么是真正的交换。其实交换一词最早出现在电话系统中，特别是实现两部不同电话之间的语音信号交换，而完成这项工作的设备就是电话交换机。所以从初衷来说，交换只是一个技术概念，即完成信号从设备入口到出口的转发。因此，所有符合这个定义的器件都可以称为开关器件。

可见“切换”是一个含义很广的词。当它用来描述数据网络第二层的设备时，实际上是指一个桥接设备；当它用来描述第三层数据网络中的设备时，指的是路由设备。

我们常说的以太网交换机，其实是一种基于网桥技术的多端口二层网络设备，它为数据帧从一个端口转发到另一个端口提供了一条低延迟、低开销的路径。

可以看出，在交换机的核心应该有一个交换矩阵，为任意两个端口之间的通信提供路径，或者说是快速交换总线，使得任意一个端口接收到的数据帧都可以从其他端口发送出去。

在现实设备中，交换矩阵的功能往往由一个专用芯片(ASIC)来完成。另外，以太网交换机的设计思想中有一个重要的假设，就是交换核心的速度要快，不会被普通的大流量数据拥塞，换句话说，交换能力相对于传输的信息是无限的(相反，ATM交换机的设计思想是交换能力相对于传输的信息是有限的)。

虽然以太网的第二层交换机是基于多端口网桥的，但交换有其更丰富的特性，这不仅使它成为获得更多带宽的最佳方式，而且使网络更容易管理。

路由器是OSI协议模型网络层中的分组交换设备(或网络层中继设备)。路由器的基本功能是将数据(IP消息)传输到正确的网络，包括:

1.IP数据报转发，包括数据报路由和传输；

2.子网隔离抑制广播风暴；

3.维护路由表，与其它路由器交换路由信息，这是IP报文转发的基础。

4.4的错误处理。IP数据报和简单拥塞控制；

5.实现IP数据报的过滤和记帐。

对于不同规模的网络，路由器的作用是不同的。

在骨干网上，路由器的主要功能是路由。主干网络上的路由器必须知道通往所有下级网络的路径。这需要维护一个巨大的路由表，并尽快响应连接状态的变化。路由器的故障会导致严重的信息传输问题。

在局域网中，路由器的主要功能是网络连接和路由，即连接下级基层网络单元——校园网，并负责下级网络之间的数据转发。

在校园网内，路由器的主要作用是分隔子网。互联网早期的基本单位是局域网(LAN)，其中所有主机都在同一个逻辑网络中。随着网络规模的不断扩大，局域网已经发展成为由高速主干网和路由器连接的多个子网组成的校园网。其中20个子网在逻辑上是独立的，路由器是唯一能把它们分开的设备。它负责子网间的报文转发和广播隔离，边界上的路由器负责与上层网络的连接。

其次，第一批第2层交换机和路由器之间的区别

由网桥发展而来的传统交换机属于OSI的第二层，即数据链路层设备。它根据MAC地址寻址，通过站表选择路由，站表的建立和维护由交换机自动进行。

路由器属于OSI的第三层，即网络层设备。它根据IP地址寻址，由路由表路由协议生成。

交换机最大的优点是速度快。由于交换机只需要识别帧中的MAC地址，根据MAC地址直接生成并选择转发端口，算法简单，易于在ASIC中实现，因此转发速度极高。

但是开关的工作机制也带来了一些问题。

1.环路:根据交换机地址学习和站表建立的算法，交换机之间不允许存在环路。一旦环路存在，就必须启动生成树算法来阻塞产生环路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条路径来平衡负载，提高可靠性。

2.负载集中:交换机之间只能有一条路径，这样信息就集中在一条通信链路上，无法动态分配以平衡负载。路由器路由协议算法可以避免这种情况。OSPF路由协议算法不仅可以生成多条路由，还可以为不同的网络应用选择不同的最佳路由。

3.广播控制:交换机只能缩小冲突域，不能缩小广播域。整个交换网络是一个大的广播域，广播消息分散在整个交换网络中。路由器可以隔离广播域，广播消息无法通过路由器继续广播。

4.细分:交换机只能识别MAC地址。MAC地址是物理地址，采用扁平地址结构，无法根据MAC地址划分子网。路由器识别网络管理员分配的IP地址。它是一个逻辑地址，具有层次结构。分为网络号和主机号，用来划分子网非常方便。路由器的主要功能是连接不同的网络。

5.安全性:虽然交换机可以根据帧中其源MAC地址、目的MAC地址等内容对帧进行过滤，但是路由器是根据其源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等内容对数据包进行过滤，更加直观方便。

6.媒体依赖:交换机作为桥接设备，也可以完成不同链路层和物理层之间的转换，但是这个转换过程比较复杂，不适合ASIC实现，必然会拖慢交换机的转发速度。

因此，目前交换机主要用于物理介质和链路协议相同或相似的网络互连，不会用于物理介质和链路层协议差异很大的网络互连。而路由器则主要用于不同网络之间的互联，因此可以连接不同物理介质、链路层协议和网络层协议的网络。路由器虽然在功能上有优势，但是价格昂贵，包转发速度低。

近年来，交换机为提高性能做了许多改进，其中最突出的是虚拟网络和三层交换。

划分子网可以缩小广播域，减少广播风暴对网络的影响。路由器的每个接口都连接到一个子网，广播消息无法通过路由器广播。路由器不同接口连接的子网属于不同的子网，子网范围由路由器进行物理划分。对于交换机，每个端口对应一个网段。因为子网由几个网段组成，所以可以通过组合交换机端口对子网进行逻辑划分。广播消息只能在子网内广播，不能传播到其他子网。通过合理划分逻辑子网，可以达到控制广播的目的。因为逻辑子网是由交换机端口任意组合而成，没有物理关联，所以称为虚拟子网或虚拟网络。虚拟网络技术解决了广播报文的隔离问题，不需要路由器，一个虚拟网络中的网段与其物理位置无关，即相邻的网段可以属于不同的虚拟网络，相距较远的两个网段可以属于不同的虚拟网络，相距较远的两个网段可以属于同一虚拟网络。不同虚拟网络中的终端无法相互通信，增强了网络中数据的访问控制。

交换机和路由器在性能和功能上是矛盾的。开关切换速度快，但控制功能弱。路由器控制性能强，但报文转发速度慢。

解决这一矛盾的技术是三层交换，它既有交换机的线速转发能力，又有路由器良好的控制功能。

三。第3层交换机和路由器之间的区别

在第三层交换技术出现之前，几乎没有必要区分路由设备和路由器。它们完全一样:提供路由功能是路由器的工作。然而，现在第三层交换机可以完全执行传统路由器的大多数功能。

1。作为网络互连设备，第三层交换机具有以下特征:

1).基于第三层地址转发服务流；

2).完整的交换功能；

3).可以完成特殊服务，如消息过滤或认证；

4).执行或不执行路由处理。

2。与传统路由器相比，第三层交换机具有以下优势:

1)子网之间的传输带宽可以任意分配:传统路由器的每个接口都连接到一个子网，子网通过路由器的传输速率受到接口带宽的限制。第3层交换机不同。它可以将多个端口定义为一个虚拟网络，并将多个端口组成的虚拟网络作为虚拟网络的接口。虚拟网络中的信息可以通过组成虚拟网络的端口发送到第3层交换机。因为可以随意指定端口的数量，所以子网之间的传输带宽没有限制。

2)合理分配信息资源:由于访问子网内资源的速率和访问全局网络内资源的速率没有区别，所以在子网内单独设置服务器意义不大。在全球网络中建立一个服务器组，不仅可以节省资金，还可以合理分配信息资源。

3)降低成本:通常的网络设计采用交换机组成子网，路由器互联子网。目前采用三层交换机进行网络设计，不仅可以划分任意虚拟子网，还可以通过交换机的三层路由功能完成子网间通信，从而节省昂贵的路由器。

4)交换机之间的灵活连接:作为交换机，它们之间没有环路，作为路由器，可以有多条路径，提高可靠性，平衡负载。第三层交换机使用生成树算法来阻塞导致环路的端口，但在路由时，它们仍然将被阻塞的路径作为可选路径来参与路由。

5)交换机和路由器在性能和功能上是矛盾的。开关切换速度快，但控制功能弱。路由器控制性能强，但报文转发速度慢。解决这一矛盾的最新技术是三层交换，它不仅具有交换机的线速转发能力，还具有路由器良好的控制功能。

3。第3层交换机和路由器的主要区别

我搞不清楚三层交换机和路由器的区别。最根本的是，三层交换机还有一个“路由”功能，和传统路由器的路由功能大体一致。尽管如此，第3层交换机和路由器之间还是有相当大的本质区别:

1)主要功能不同

虽然三层交换机和路由器都具有路由功能，但我们不能把它们等同起来，就像很多网络设备同时具有传统网络设备的很多功能一样，就像很多宽带路由器不仅具有路由功能，还提供交换机端口和硬件防火墙，但我们不能把它们等同于交换机或防火墙。因为这些路由器的主要功能是路由功能，其他功能只是它们的附加功能，它们的目的是让设备更加适用和实用。这里的三层交换机也是如此。它仍然是一个交换机产品，但它有一些基本的路由功能，它的主要功能仍然是数据交换。也就是说，它具有数据交换和路由两种功能，但其主要功能是数据交换；路由器只有路由转发的主要功能。

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，因为它主要面对简单的局域网连接。正因为如此，三层交换机的路由功能通常相对简单，路由路径远没有路由器复杂。它在局域网中的主要用途是提供快速数据交换功能，满足局域网中频繁数据交换的应用特点。另一方面，路由器被设计来满足不同类型的网络连接。虽然它们也适用于局域网之间的连接，但是它们的路由功能更多的体现在不同类型网络之间的互联，比如局域网和广域网之间的连接，不同协议的网络之间的连接等。，所以路由器主要用在不同类型的网络之间。它的主要功能是路由转发，解决各种复杂路由路径的连接是它的最终目的。所以路由器的路由功能通常是非常强大的，不仅适用于相同协议的局域网，也适用于不同协议的局域网和广域网。它的优势在于路由器的功能，如选择最佳路由、分担负载、链路备份和与其他网络交换路由信息。

3)不同性能

从技术上讲，路由器和第3层交换机在分组交换操作上有明显的区别。路由器通常通过基于微处理器的软件路由引擎来执行分组交换，而第3层交换机通过硬件来执行分组交换。

在路由第一个数据流之后，第三层交换机将生成MAC地址和IP地址之间的映射表。当同一数据流再次经过时，会直接经过第二层，而不是重新路由，从而消除了路由器路由带来的网络延迟，提高了数据包转发的效率。

同时，三层交换机的路由查找是针对数据流的。利用缓存技术和ASIC技术可以很容易地实现，可以大大节省成本，实现快速转发。而路由器的转发采用最长匹配法，实现复杂，通常用软件实现，转发效率低。

正因如此，相比整体性能，三层交换机的性能远远优于路由器，非常适合数据交换频繁的局域网。虽然路由器的路由功能非常强大，但其包转发效率远低于三层交换机，更适合数据交换不频繁的不同类型网络的互联，如局域网与互联网的互联。

如果在局域网中使用路由器，尤其是高档路由器，很大程度上是一种浪费(就其强大的路由功能而言)，不能很好地满足局域网的通信性能要求，影响子网间的正常通信。

综上所述，三层交换机和路由器还是有非常大的本质区别的。无论从哪个方面来说，局域网内多子网连接最好选择三层交换机，尤其是在不同子网之间数据交换频繁的环境下。一方面可以保证子网间的通信性能要求，另一方面节省了再购买一台路由器的投资。当然，如果子网间的通信不是很频繁，使用路由器也无可厚非，也可以达到子网间安全隔离和通信的目的。这要看实际需求。

第4层和第3层交换机的过去

三层交换机最重要的目的是加快大型局域网内的数据交换，它的路由功能也是为了这个目的，可以一次路由，多次转发。包转发等常规流程由硬件高速实现，路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能由软件实现。

出于安全和管理方便的考虑，主要是为了减少广播风暴的危害，大型局域网必须根据功能或区域等因素变成小型局域网，这使得VLAN技术在网络中得到广泛应用，不同VLAN之间的通信必须通过路由器进行转发。随着网络间互访的增加。单纯使用路由器来实现网络接入，不仅是因为端口数量有限，而且路由速度慢。从而限制了网络的规模和接入速度。基于这种情况，三层交换机应运而生。

三层交换机为IP设计，接口类型简单；它处理第2层数据包能力很强，非常适合在大型局域网中进行数据路由和交换。它可以工作在协议第三层，替代或部分完成传统路由器的功能，同时具有几乎第二层交换的速度，价格也相对便宜。

三层交换机最重要的目的是加快大型局域网内的数据交换，其路由功能大多围绕这一目的，因此其路由功能不如同档次的专业路由器强大。毕竟在安全和协议支持上还有很多不足，不能完全替代路由器的工作。

实际中，典型的用法是同一局域网内子网的互连和局域网内VLAN间的路由使用一个三层交换机代替路由。局域网与公网的互联，只有实现跨区域的网络接入，才能通过专业路由器。

从表面上看，第三层交换机是第二层交换机和路由器的结合。但是，这种结合不是简单的身体上的结合，而是彼此实力的逻辑结合。它的重要性能是当一个信息源的第一个数据流在第三层交换时，路由系统会生成一个MAC地址和IP地址的映射表，并存储该表。当同一信息源的后续数据流再次进入交换环境时，交换机将根据第一次生成并存储的地址映射表，直接在第二层从源地址传输到目的地址，而不需要经过第三路由系统的处理，从而消除了路由的网络延迟。

五.结论

综上所述，交换机一般用于局域网-广域网连接。交换机属于网桥，是数据链路层设备。有些交换机还可以实现第三层交换。路由器用于广域网之间的连接，可以解决异构网络之间转发数据包的问题，作用于网络层。它们只是接受从一条线路传入的数据包，并将它们转发到另一条线路。这两条线路可能属于不同的网络，采用不同的协议。相比较而言，路由器比交换机功能更强大，但速度相对较慢且价格昂贵。第三层交换机既有交换机的线速转发能力，又有路由器良好的控制功能，因此应用广泛。