三层交换机功能那么强大，那它可以完全取代路由器吗？

来源：网络技术联盟站 

你好，这里是网络技术联盟站。

说到三层交换机和路由器，大家可能会对这两个术语感到困惑，因为它们都接收IP数据包，检查目标地址并根据路由规则传递数据包。这样看来，三层交换机就和路由器就是一样的了。事实上，它们不仅在功能上，而且在其他很多方面都存在一些差异。本文瑞哥将带大家好好了解一下三层交换机和路由器的差别。

目录：

• 三层交换机

• 交换机的演变

• 二层交换机

• 三层交换机诞生的背景

• 什么是三层交换机？

• 三层交换机的工作原理

• 三层交换机的优点

• 选择三层交换机的场景

• 路由器

• 什么是路由器？

• 路由器的工作原理

• 路由器的优点

• 选择路由器的场景

• 三层交换 vs 和路由器

• 三层交换机和路由器如何协同工作？

• 三层交换机可以取代路由器吗

• 总结

三层交换机

交换机的演变

最早期，交换机主要出现在电话系统中。电话交换机是一种设备，负责在两部电话之间进行语音信号的交换。这些交换机允许用户通过拨号或操作开关与其他用户建立连接，实现通信。

"交换"这个概念在电话系统中首次引入，它指的是将信号从设备的入口传送到出口的过程，因此，电话交换机是一种交换设备，因为它完成了信号的转发和连接。

随着计算机网络的发展，出现了网络中的交换机，最初以网桥和路由器的形式存在。网桥主要用于在局域网中连接不同的物理网络，而路由器则用于在不同网络之间进行路由和连接。

在计算机网络中，交换机是一种用于在局域网内交换数据包的设备。它能够根据目标MAC地址智能地转发数据，提高了局域网的性能和带宽利用率。

随着异步传输模式（ATM）的出现，交换机的概念进一步扩展到广域网和电信领域。ATM交换机用于高速数据传输和多媒体应用，成为电信网络的一部分。

交换机的概念也扩展到其他领域，如数据中心网络、以太网交换机等。这些交换机在不同的应用场景中发挥着关键作用，提供高效的数据交换和连接服务。

二层交换机

以太网交换机基于桥接技术，这使得它能够在二层（数据链路层）操作。交换机通过学习MAC地址，并使用交换表（MAC地址表）来确定数据帧从一个端口转发到另一个端口。

这其实就是二层交换机，二层交换机和三层交换机的对比，在上一篇文章中，瑞哥详细的介绍过了，没有看过该文章的朋友，可以阅读一下：

• 二层交换机和三层交换机到底有啥区别？

交换机内部核心的交换矩阵（Switching Matrix）是关键组成部分。这个矩阵提供了任意两个端口之间直接通信的路径，或者通过快速交换总线实现数据的高效转发。

为了实现高性能的交换功能，以太网交换机通常使用专用芯片，即应用特定集成电路（ASIC）。ASIC能够以硬件形式执行数据包的处理和转发，相比通用处理器更为高效。

三层交换机诞生的背景

在大型局域网内，数据交换频繁，传统的二层交换机已经无法满足需求。而路由器作为能够实现不同子网间通信的设备，虽然功能强大，但在大规模网络中，其性能和成本也成为制约因素。

为了加速大型局域网内的数据交换，同时考虑到网络的管理和安全性，出现了具备路由功能的三层交换机。这种交换机能够在硬件层面实现数据包转发，加速网络中的数据交换。与此同时，它还可以在软件层面处理路由信息的更新、路由表的维护等功能。

什么是三层交换机？

三层交换机是一种特殊的网络设备，它结合了传统的二层交换机和路由器的功能。三层交换机不仅可以根据物理地址（MAC地址）进行数据包的转发，还可以根据网络层（IP）地址进行路由选择，因此被称为“三层”交换机。

三层交换机的工作原理

三层交换机的工作原理与二层交换机类似，但在处理数据包时，它会查看数据包的网络层信息。当接收到一个数据包时，三层交换机首先会检查数据包的目标MAC地址，如果该地址在交换机的MAC地址表中，则直接将数据包转发到相应的端口。如果目标MAC地址不在地址表中，或者数据包需要跨越不同的网络，三层交换机就会启动路由功能，根据数据包的IP地址信息，通过查找IP路由表，确定最佳的转发路径。

三层交换机的优点

1. 高效的数据转发：由于三层交换机结合了交换机和路由器的功能，它可以在数据链路层和网络层之间进行高效的数据转发，大大提高了网络的传输效率。
2. 灵活的网络设计：三层交换机可以在不同的网络之间进行路由，使得网络设计更加灵活，可以根据实际需求进行网络划分和优化。
3. 良好的扩展性：由于三层交换机支持路由协议，因此可以很好地支持网络的扩展，适应大型网络环境。

选择三层交换机的场景

1. 大型局域网设计：

• 当您的局域网规模较大，需要更高的吞吐量和 VLAN 间的快速通信时，三层交换机是更合适的选择。
• 适用于数据中心、校园网络等大规模网络环境。

2. 需要部门隔离的环境：

• 如果不同部门需要独立的广播域来提高性能或安全性，使用三层交换机能够更有效地实现这种隔离。

3. 直接连接多个服务器的情况：

• 当需要连接大量服务器，而这些服务器以直接连接的形式存在，三层交换机能够提供更多的以太网接口，并以硬件方式执行层转发，提高性能。

4. 内部网络流量较大：

• 如果您的网络内部流量较大，而且需要更快速的数据包转发，选择三层交换机可能更合适。

路由器

什么是路由器？

路由器是一种网络设备，主要用于连接不同的网络，并在这些网络之间转发数据包。路由器工作在OSI模型的第三层——网络层，因此可以处理IP地址信息，并根据IP地址将数据包转发到正确的目标网络。

路由器的工作原理

当路由器接收到一个数据包时，它会查看数据包的目标IP地址，然后通过查找路由表，确定数据包应该通过哪个接口或路径转发出去。路由表是路由器的一个重要组成部分，它存储了网络的拓扑信息，包括可达的网络、下一跳地址等信息。

路由器还可以运行各种路由协议，如RIP、OSPF、BGP等，通过这些协议，路由器可以与其他路由器交换路由信息，动态地更新路由表，以适应网络拓扑的变化。

路由器的优点

1. 连接不同网络：路由器可以连接不同的网络，使得不同网络的设备可以互相通信，扩大了网络的覆盖范围。
2. 智能路由选择：路由器可以根据路由表和路由协议，动态地选择最佳的转发路径，提高了网络的传输效率。
3. 提供安全防护：路由器通常具有防火墙功能，可以防止外部网络的攻击，保护内部网络的安全。

选择路由器的场景

1. 连接到互联网的边缘设备：

• 如果您需要将内部网络连接到互联网，特别是通过 ISP 提供的互联网连接，路由器是理想的选择。它通常具有更灵活的 WAN 接口。

2. 需要建立安全隧道的情况：

• 当您需要通过公共互联网建立安全隧道，例如连接两个办公室，路由器通常能够提供更多的安全性和配置选项。

3. 参与 MPLS 配置的 CE 设备：

• 如果您是参与 MPLS 配置的 CE（Customer Edge）设备，路由器通常是必需的，因为它们能够更好地支持 MPLS 协议。

4. 需要特殊功能的网络：

• 如果您的网络需要一些三层交换机无法提供的特殊功能，例如 NAT、防火墙等，选择路由器可能更合适。

三层交换 vs 和路由器

三层交换机和路由器如何协同工作？

三层交换机和路由器可以协同工作，以提供更高效和灵活的网络解决方案。

在一个典型的企业网络中，路由器通常位于网络的边缘，负责连接到互联网或其他外部网络。而三层交换机则位于网络的核心或分布层，负责处理内部的大量数据流量。这种层次结构可以提供更好的性能和可扩展性。

通过使用三层交换机，可以将一个大型网络划分为多个小型的子网，每个子网可以有自己的广播域。路由器则负责在这些子网之间进行数据包的转发。

三层交换机和路由器都可以运行路由协议，如RIP、OSPF等。通过这些协议，它们可以交换路由信息，动态地更新路由表，以适应网络拓扑的变化。

在有多条路径可供选择时，路由器和三层交换机可以根据路由协议和路由策略，动态地选择最佳的路径，实现负载均衡。

路由器通常具有更强大的安全功能，如防火墙、VPN等。而三层交换机则可以提供基于端口的访问控制，如VLAN、ACL等。

三层交换机可以取代路由器吗

三层交换机在某些情况下可以取代路由器，但这主要取决于网络的需求和规模。在大型企业网络中，三层交换机通常用于核心网络或分布层，负责处理大量的内部数据流量，而路由器则位于网络的边缘，负责连接到互联网或其他外部网络。

三层交换机具有路由功能，可以在不同的VLAN或子网之间进行数据包的转发。然而，与全功能的路由器相比，它们可能缺乏一些高级功能，如防火墙、VPN、QoS等。

因此，如果你的网络需求主要是内部的数据流量转发，并且不需要路由器的高级功能，那么三层交换机可能是一个更经济、更高效的选择。然而，如果你需要连接到外部网络，或者需要使用到路由器的高级功能，那么你可能仍然需要一个路由器。

三层交换机和路由器在网络中各有其角色和优势，选择使用哪种设备主要取决于你的具体需求和网络环境。😊

总结

文章最后，瑞哥做个总结：

路由器是一种网络设备，主要用于连接不同的网络，并在这些网络之间转发数据包。路由器工作在OSI模型的第三层——网络层，因此可以处理IP地址信息，并根据IP地址将数据包转发到正确的目标网络。

路由器的一项重要功能是网络地址转换（NAT），它允许在局域网（LAN）上的设备通过将其私有IP地址转换为公共IP地址来访问互联网。这样可以有效地节省公共IP地址资源。

路由器还具有一些安全功能，如防火墙、访问控制列表（ACL）和虚拟专用网络（VPN）。这些功能可以帮助防止未经授权的访问和网络攻击，从而保护网络的安全。

三层交换机是一种特殊的网络设备，它结合了传统的二层交换机和路由器的功能。三层交换机不仅可以根据物理地址（MAC地址）进行数据包的转发，还可以根据网络层（IP）地址进行路由选择，因此被称为“三层”交换机。

三层交换机的工作原理与二层交换机类似，但在处理数据包时，它会查看数据包的网络层信息。当接收到一个数据包时，三层交换机首先会检查数据包的目标MAC地址，如果该地址在交换机的MAC地址表中，则直接将数据包转发到相应的端口。如果目标MAC地址不在地址表中，或者数据包需要跨越不同的网络，三层交换机就会启动路由功能，根据数据包的IP地址信息，通过查找IP路由表，确定最佳的转发路径。

使用三层交换机的主要优点之一是它能够通过减少广播流量来提高网络性能。通过将网络分割成更小的子网并使用 VLAN，广播流量包含在每个子网内，从而减少拥塞并提高整体效率。

三层交换机还具有很高的灵活性。它支持 OSPF 和 BGP 等多种协议，可用于各种环境，包括企业网络、数据中心和服务提供商网络。