周萍

摘要：在局域網(wǎng)中的網(wǎng)間訪問的過程中單純的使用路由器會使網(wǎng)間的數(shù)據(jù)傳送速率降低，鑒于路由器的端口數(shù)量有限，路由速度比較慢，現(xiàn)在多選用三層交換機來實現(xiàn)局域網(wǎng)的網(wǎng)間訪問。因為三層交換機具有很強的連接大型網(wǎng)絡(luò)的能力，其功能上也基本可以取代傳統(tǒng)的路由器。該文通過子網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò)骨干，可擴充性，性價比等幾個方面將三層交換機與路由器做比較，分別指出各自的優(yōu)缺點，為局域網(wǎng)搭建提出了選擇建議。

關(guān)鍵詞：三層交換機；路由器；替換；比較

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）13-0076-02

三層交換機和路由器在局域網(wǎng)中都是非常重要的設(shè)備，其中，三層交換機同時具備了路由器的部分功能和二層交換機的數(shù)據(jù)交換速度。這樣一來三層交換機就改變了局域網(wǎng)的容量和傳送速度的限制，路由器在局域網(wǎng)中的作用也是很重要的，但是隨著三層交換機的不斷改進與完善，路由器的地位也慢慢被三層交換機取代。局域網(wǎng)中三層交換機替換路由器以成為一種發(fā)展趨勢，在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中的應(yīng)用也越來越廣泛。

1 局域網(wǎng)中三層交換機的概念及工作原理

三層交換機是利用本身具備的路由器的一部分功能，來實現(xiàn)一次路由完成多次轉(zhuǎn)發(fā)，加快了大型局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)交換的速度。三層交換機的硬件是負責(zé)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)律，軟件則是實現(xiàn)路由表的維護、路由的信息的更新、路由的計算等功能。三層交換機是把二層交換技術(shù)與三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)結(jié)合在一起，而只是在局域網(wǎng)的交換機上簡單的加上路由器的硬件。兩者的有效結(jié)合提高了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)速度，在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的路由功能時，也可以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的性能。

三層交換機的工作原理是，假如利用三層交換機通信的使用IP協(xié)議的兩個站點，其中的發(fā)送站點在開始發(fā)送之前，需要先判斷目的站點與自己的地址是不是在一個子網(wǎng)中，如果目的站點與發(fā)送站點的地址在一個子網(wǎng)中，就可以直接通過二層完成轉(zhuǎn)發(fā)，反之，如果兩者不在一個子網(wǎng)中，發(fā)送站點就必須先向三層交換模塊廣播一個請求，在三層交換機知道目的站點的IP地址的前提下，可以直接向發(fā)送站點反映目的站點的地址；如果三層交換模塊不知道目的站點的IP地址，就要通過路由信息向目的站點廣播一個請求，在得到目的站點的回復(fù)后，把目的站點的地址反映給發(fā)送站點，而且三層交換模塊還會保存這個地址，也就是以后的通信速度就會大大提高。

2 局域網(wǎng)中路由器的概念及工作原理

路由器是用于連接多個分開的網(wǎng)絡(luò)，也就是對多個網(wǎng)絡(luò)或者是子網(wǎng)進行連接。路由器的路由功能可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)在子網(wǎng)間的傳送，它能在多個網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的環(huán)境下，對各個網(wǎng)絡(luò)進行靈活的連接。

路由器的基本工作主要就是判斷到達目的站點的最佳途徑和局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，其中判斷到達目的站點的最佳途徑的實現(xiàn)是依靠于路由器的路由選擇算法功能。路由器為了判斷最佳途徑，在選擇算法時就需要啟動路由表，路由表具有一定的路由信息，可以根據(jù)路由選擇算法收集到的路由信息把目的網(wǎng)絡(luò)和下一站點的信息反映給路由器。路由器根據(jù)路由信息可以決定到達目的地的最佳途徑。

局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)就是沿著已經(jīng)確定的最佳途徑來實現(xiàn)實心分組的傳送工作。路由器在實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時，第一步要做的就是在路由表中查找路由信息，然后根據(jù)路由信息判斷怎么把分組傳送到目的站點，如果出現(xiàn)路由器不能確定的情況，就會丟棄該分組；如果確定了怎樣傳送分組就根據(jù)路由表中的相應(yīng)信息，把分組直接傳送到目的站點。如果路由器是與目的網(wǎng)絡(luò)直接連接的，這時路由器就能把分組直接傳送到目的網(wǎng)絡(luò)的相應(yīng)的端口上。

3 局域網(wǎng)中三層交換機與路由器的對比

3.1 子網(wǎng)連接

如果在同一局域網(wǎng)上的計算機數(shù)量過多時就會造成網(wǎng)絡(luò)傳送的效率因為網(wǎng)絡(luò)上大量的廣播而降低。為了避免這一問題的發(fā)生，可以把大型交換機劃分成多個虛擬網(wǎng)，但是這樣一來，各局域網(wǎng)之間的通信就必須要依靠路由器來完成。路由器屬于多端口設(shè)備，可以采用不同的協(xié)議連接不同傳輸速率和運行環(huán)境的廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)。但是傳統(tǒng)的路由器的路由能力比較弱，而局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)流量又比較大，所以傳統(tǒng)的路由器不能很好地完成各虛擬網(wǎng)間的通信任務(wù)。使用三層交換機中的千兆或百兆端口就可以很容易的完成不同子網(wǎng)或者是虛擬網(wǎng)的連接，因為千兆路由器的價格是非常昂貴的，這樣一來不僅能夠保持性能，改變子網(wǎng)劃分后必須限制于依靠路由器連接通信的局面，還能節(jié)約網(wǎng)絡(luò)連接的成本。

傳統(tǒng)的路由器提供的接口類型是非常豐富的，而且每種類型的接口所對應(yīng)的封裝類型、最大接收單元和最大傳輸單元是不相同的，這些性能會降低路由器的轉(zhuǎn)發(fā)效率。三層交換機是由二層交換機遵循為局域網(wǎng)服務(wù)的思想發(fā)展而來的，沒有引入過多的接口類型，只提供了與局域網(wǎng)相關(guān)的接口，像ATM局域網(wǎng)仿真接口、以太網(wǎng)接口等比較單一的接口，這樣就能有效的避免在多種接口類型的路由器使用時所遇到的問題。三層交換機一般會采用以太網(wǎng)接口，這樣一來各接口就不會產(chǎn)生沖突，最大傳輸單元的問題也能避免了。單一的接口類型還能加快局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)的傳送速度，提高傳送效率。

3.2 網(wǎng)絡(luò)骨干

三層交換機在校園網(wǎng)和城域教育網(wǎng)的骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)骨干等的作用是非常重要的。在核心骨干網(wǎng)中如果沒有采用三層交換機，就會使整個網(wǎng)絡(luò)中的計算機只存在于一個子網(wǎng)中，這樣對網(wǎng)絡(luò)來說是沒有安全性的，而且還會因為使廣播域無法進行分割，而造成局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)上出現(xiàn)的大量廣播沒有辦法隔離，降低局域網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送效率。

雖然傳統(tǒng)的路由器能夠?qū)V播進行隔離，但是卻不能保障其性能，三層交換機同時具備二層交換的網(wǎng)絡(luò)速度和三層的路由功能，其性能是非常高的。三層交換機的通信過程大部分是靠二層交換來完成的其交換速度是非?？斓模瑪?shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)效率也會提高。三層交換機優(yōu)化的路由軟件相對于傳統(tǒng)的路由器的路由速度有了很大的提高。因為傳統(tǒng)的路由器連接的都是一個邏輯子網(wǎng)，現(xiàn)在使用三層交換機實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，就可以對子網(wǎng)或者虛擬網(wǎng)進行任意的劃分，也可以通過三層路由功能實現(xiàn)各子網(wǎng)間的通信。

3.3 可擴充性

傳統(tǒng)的路由器對接入數(shù)量有一定的限制，一般會采用多臺路由器來實現(xiàn)多端口的需求。相對來說，三層交換機就不存在接入數(shù)量的限制，它在連接多個子網(wǎng)時，只是通過第三層交換模塊與子網(wǎng)建立連接，還可以通過二層虛擬網(wǎng)的交換機作為擴充，這樣就能是接入數(shù)量是沒有限制的。這在一定程度上保障了用戶對局域網(wǎng)的投資，滿足了局域網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)快速增長的需求。

3.4 性價比

三層交換機的價格隨著其自身的不斷完善也在不斷地下調(diào)，一臺百兆的三層交換機的價格與較為高端的二層交換機的價格相接近只有幾萬元，但是三層交換機卻擁有連接大型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的能力，而且三層交換機基本上可以取代傳統(tǒng)的路由器。也可以說中小型企業(yè)中可以把三層交換機作為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的核心使用，還能在大型企業(yè)中作為交換機使用。

在大型企業(yè)中，其網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)就是企業(yè)的多個部門的網(wǎng)絡(luò)接入一個由高性能的交換機組成的網(wǎng)絡(luò)中心，對于下屬部門來說想要采用投入成本低又能保證較高的性能，這時采用三層交換機就是最好的選擇，而且一臺高端的交換機也只需要幾十萬，相對于路由器來說三層交換機整體性能比較好，價格也比較低，非常適合數(shù)據(jù)交換比較頻繁的局域網(wǎng)中。雖然現(xiàn)在路由器的路由功能比較強大，但是它的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的效率卻遠遠不如三層交換機，對于一個小型的局域網(wǎng)來說僅僅使用二層交換機和路由器就能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的需求了，但是大型的局域網(wǎng)需要的路由器和二層交換機數(shù)量是比較多的，所以大型局域網(wǎng)采用三層交換機是非常有必要的。

除了以上幾個方面，三層交換機和路由器在使用場所上及數(shù)據(jù)處理的方式也存在著差異，這些差異也決定著三層交換機替代路由器是否可行。三層交換機的路由功能比較簡單，路由途徑相對于路由器來說也沒有那么復(fù)雜，三層交換機的主要目的是加快數(shù)據(jù)交換的速度，滿足在局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)交換比較頻繁的的要求。路由器則是為了滿足不同種類的網(wǎng)絡(luò)連接，它的路由功能主要是在不同種類的網(wǎng)絡(luò)之間的連接上體現(xiàn)的，其主要目的就是路由轉(zhuǎn)發(fā)，所以它的路由功能比三層交換機的要高。相對于局域網(wǎng)來說，其數(shù)據(jù)傳送比較頻繁，利用三層交換機會加快數(shù)據(jù)的傳送效率。

路由器一般是在微處理器的軟件路由的前提下進行數(shù)據(jù)交換的，三層交換機則是通過硬件來進行數(shù)據(jù)交換的。路由器的路由功能比較強大，這時三層交換機不能完全取代路由器的一個重要原因。三層交換機避免了路由器進行路由選擇時造成的網(wǎng)絡(luò)時間的延遲，提高了局域網(wǎng)內(nèi)數(shù)據(jù)的傳送效率，而且三層交換機的路由查找是利用緩存技術(shù)針對數(shù)據(jù)流而言的，現(xiàn)代技術(shù)很容易能實現(xiàn)，這樣一來，不僅能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)，還能節(jié)約很大成本。路由器的轉(zhuǎn)發(fā)是利用最長匹配的方法實現(xiàn)的，這種方法的實現(xiàn)過程非常復(fù)雜，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的效率比較低。而且三層交換機的數(shù)據(jù)處理能力比路由器高出很多，所以可以用三層交換機替換路由器實現(xiàn)同一局域網(wǎng)中的各個子網(wǎng)的相連，但是這時局域網(wǎng)必須通過與公網(wǎng)相連才能實現(xiàn)跨地域性的網(wǎng)絡(luò)，也就是說路由器在局域網(wǎng)中還是不能缺少的。使用路由器把網(wǎng)絡(luò)劃分成多個虛擬網(wǎng)或子網(wǎng)，能通過其自身的功能有效的進行安全控制，避免出現(xiàn)通信混亂的現(xiàn)象。

4 局域網(wǎng)中三層交換機替換路由器的可行性

隨著網(wǎng)絡(luò)的使用越來越普遍，單純地使用路由器來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)間的通信存在著一定的弊端，因為路由器的端口數(shù)量十分有限，路由速度也比較慢，對網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和通信有一定的限制。三層交換機就是在這種背景下出現(xiàn)的，三層交換機的接口類型相對于路由器來說是比較簡單，同時三層交換機還具備二層交換機的數(shù)據(jù)處理功能，這就使得三層交換機非常適合于大型局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)的路由與交換。三層交換機同時具備了傳統(tǒng)路由器的部分功能和二層交換的速度，而且價格相比于路由器的使用是比較便宜的。

在城域教育網(wǎng)、校園網(wǎng)和企業(yè)網(wǎng)中，三層交換機一般是用在網(wǎng)絡(luò)的核心層以連接不同的子網(wǎng)或者是虛擬網(wǎng)。三層交換機的最大的優(yōu)點就是局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)交換速度比較快，這也是它最重要的目的，所以它所具備的路由功能比專業(yè)的路由器的要弱一些，所以三層交換機還不能完全取代交換機。

通過三層交換機和路由器的各方面的對比，不難發(fā)現(xiàn)三層交換機是現(xiàn)在局域網(wǎng)中的最佳的選擇。雖然三層交換機還不能完全取代路由器，但是三層交換機的整體性能及在局域網(wǎng)中的適用性都比路由器要高，所以結(jié)合各方面的因素，可以看出在局域網(wǎng)中用三層交換機替換路由器是十分可行的。

5 結(jié)束語

通過對三層交換機和路由器的子網(wǎng)連接，網(wǎng)絡(luò)骨干，可擴充性，性價比、使用場所和數(shù)據(jù)處理等幾個方面進行對比，可以發(fā)現(xiàn)三層交換機的整體性能已經(jīng)超過了路由器，其在局域網(wǎng)中的應(yīng)用節(jié)省了資金的投入，保障了網(wǎng)絡(luò)通信的安全。可以說局域網(wǎng)中用三層交換機來替代路由器是可行的，而且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三層交換機很有可能會完全取代路由器。

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