二層交換機技術和路由器技術的特性介紹

路由器技術發(fā)展的五大時代 隨著我國路由行業(yè)的發(fā)展，路由器技術也在不斷的革新和升級，從第一代到第五代，路由技術正在一步步想智能化邁進，在通信網絡中的作用更加的重要，實現業(yè)務靈活性和高性能的有機結合。 這里我們主要講解了路由器技術與二層交換機的基礎知識。為了適應網絡應用深化帶來的挑戰(zhàn)，網絡在規(guī)模和速度方向都在急劇發(fā)展，局域網的速度已從最初的10Mbit/s 提高到100Mbit/s,目前千兆以太網技術已得到普遍應用。

在網絡結構方面也從早期的共享介質的局域網發(fā)展到目前的交換式局域網。交換式局域網技術使專用的帶寬為用戶所獨享，極大的提高了局域網傳輸的效率?？梢哉f，在網絡系統集成的技術中，直接面向用戶的第一層接口和第二層交換技術方面已得到令人滿意的答案。但是，作為網絡核心、起到網間互連作用的路由器技術卻沒有質的突破。在這種情況下，一種新的路由器技術應運而生，這就是第三層交換技術：說它是路由器，因為它可操作在網絡協議的第三層，是一種路由理解設備并可起到路由決定的作用；說它是交換器，是因為它的速度極快，幾乎達到第二層交換的速度。二層交換機、三層交換機和路由器這三種技術究竟誰優(yōu)誰劣，它們各自適用在什么環(huán)境？為了解答這問題，我們先從這三種技術的工作原理入手：

1.二層交換技術

二層交換技術是發(fā)展比較成熟，二層交換機屬數據鏈路層設備，可以識別數據包中的MAC地址信息，根據MAC地址進行轉發(fā)，并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內部的一個地址表中。它能夠讀取數據包中的MAC地址信息并根據MAC地址來進行交換。交換機內部有一個地址表，這個地址表標明了MAC地址和交換機端口的對應關系。當交換機從某個端口收到一個數據包，它首先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機器是連在哪個端口上的，它再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應的端口，如果表中有與這目的MAC地址對應的端口，則把數據包直接復制到這端口上，如果在表中找不到相應的端口則把數據包廣播到所有端口上，當目的機器對源機器回應時，交換機又可以學習一目的MAC地址與哪個端口對應，在下次傳送數據時就不再需要對所有端口進行廣播了。

二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。由于二層交換機一般具有很寬的交換總線帶寬，所以可以同時為很多端口進行數據交換。如果二層交換機有N個端口，每個端口的帶寬是M,而它的交換機總線帶寬超過N×M,那么這交換機就可以實現線速交換。二層交換機對廣播包是不做限制的，把廣播包復制到所有端口上。二層交換機一般都含有專門用于處理數據包轉發(fā)的ASIC （Application specific Integrated Circuit）芯片，因此轉發(fā)速度可以做到非?？臁?/p>

工作流程

（1） 當交換機從某個端口收到一個數據包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機器是連在哪個端口上的；

（2） 再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應的端口；

（3） 如表中有與這目的MAC地址對應的端口，把數據包直接復制到這端口上；

（4） 如表中找不到相應的端口則把數據包廣播到所有端口上，當目的機器對源機器回應時，交換機又可以學習一目的MAC地址與哪個端口對應，在下次傳送數據時就不再需要對所有端口進行廣播了。 不斷的循環(huán)這個過程，對于全網的MAC地址信息都可以學習到，二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。

2.路由器技術

所謂路由就是指通過相互連接的網絡把信息從源地點移動到目標地點的活動。一般來說，在路由過程中，信息至少會經過一個或多個中間節(jié)點。通常，人們會把路由和交換機進行對比，這主要是因為在普通用戶看來兩者所實現的功能是完全一樣的。其實，路由和交換之間的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在OSI參考模型的第二層（數據鏈路層），而路由發(fā)生在第三層，即網絡層。這一區(qū)別決定了路由和交換在移動信息的過程中需要使用不同的控制信息，所以兩者實現各自功能的方式是不同的。 路由器是在OSI七層網絡模型中的第三層--網絡層操作的。路由器內部有一個路由表，這表標明了如果要去某個地方，下一步應該往哪走。路由器從某個端口收到一個數據包，它首先把鏈路層的包頭去掉（拆包），讀取目的IP地址，然后查找路由表，若能確定下一步往哪送，則再加上鏈路層的包頭（打包），把該數據包轉發(fā)出去；如果不能確定下一步的地址，則向源地址返回一個信息，并把這個數據包丟掉。

路由器技術和二層交換看起來有點相似，其實路由和交換之間的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在OSI參考模型的第二層（數據鏈路層），而路由發(fā)生在第三層。這一區(qū)別決定了路由和交換在傳送數據的過程中需要使用不同的控制信息，所以兩者實現各自功能的方式是不同的。

路由技術其實是由兩項最基本的活動組成，即決定最優(yōu)路徑和傳輸數據包。其中，數據包的傳輸相對較為簡單和直接，而路由的確定則更加復雜一些。路由算法在路由表中寫入各種不同的信息，路由器會根據數據包所要到達的目的地選擇最佳路徑把數據包發(fā)送到可以到達該目的地的下一臺路由器處。當下一臺路由器接收到該數據包時，也會查看其目標地址，并使用合適的路徑繼續(xù)傳送給后面的路由器。依次類推，直到數據包到達最終目的地。

路由器之間可以進行相互通訊，而且可以通過傳送不同類型的信息維護各自的路由表。路由更新信息主是這樣一種信息，一般是由部分或全部路由表組成。通過分析其它路由器發(fā)出的路由更新信息，路由器可以掌握整個網絡的拓撲結構。鏈路狀態(tài)廣播是另外一種在路由器技術之間傳遞的信息，它可以把信息發(fā)送方的鏈路狀態(tài)及進的通知給其它路由器。

路由器技術發(fā)展的五大時代 隨著我國路由行業(yè)的發(fā)展，路由器技術也在不斷的革新和升級，從第一代到第五代，路由技術正在一步步想智能化邁進，在通信網絡中的作用更加的重要，實現業(yè)務靈活性和高性能的有機結合。 這里我們主要講解了路由器技術與二層交換機的基礎知識。為了適應網絡應用深化帶來的挑戰(zhàn)，網絡在規(guī)模和速度方向都在急劇發(fā)展，局域網的速度已從最初的10Mbit/s 提高到100Mbit/s,目前千兆以太網技術已得到普遍應用。

在網絡結構方面也從早期的共享介質的局域網發(fā)展到目前的交換式局域網。交換式局域網技術使專用的帶寬為用戶所獨享，極大的提高了局域網傳輸的效率?？梢哉f，在網絡系統集成的技術中，直接面向用戶的第一層接口和第二層交換技術方面已得到令人滿意的答案。但是，作為網絡核心、起到網間互連作用的路由器技術卻沒有質的突破。在這種情況下，一種新的路由器技術應運而生，這就是第三層交換技術：說它是路由器，因為它可操作在網絡協議的第三層，是一種路由理解設備并可起到路由決定的作用；說它是交換器，是因為它的速度極快，幾乎達到第二層交換的速度。二層交換機、三層交換機和路由器這三種技術究竟誰優(yōu)誰劣，它們各自適用在什么環(huán)境？為了解答這問題，我們先從這三種技術的工作原理入手：

所謂路由就是指通過相互連接的網絡把信息從源地點移動到目標地點的活動。一般來說，在路由過程中，信息至少會經過一個或多個中間節(jié)點。通常，人們會把路由和交換機進行對比，這主要是因為在普通用戶看來兩者所實現的功能是完全一樣的。其實，路由和交換之間的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在OSI參考模型的第二層（數據鏈路層），而路由發(fā)生在第三層，即網絡層。這一區(qū)別決定了路由和交換在移動信息的過程中需要使用不同的控制信息，所以兩者實現各自功能的方式是不同的。 路由器是在OSI七層網絡模型中的第三層--網絡層操作的。路由器內部有一個路由表，這表標明了如果要去某個地方，下一步應該往哪走。路由器從某個端口收到一個數據包，它首先把鏈路層的包頭去掉（拆包），讀取目的IP地址，然后查找路由表，若能確定下一步往哪送，則再加上鏈路層的包頭（打包），把該數據包轉發(fā)出去；如果不能確定下一步的地址，則向源地址返回一個信息，并把這個數據包丟掉。

1、路由器軟件

路由器技術中最核心的技術是軟件技術。路由軟件是最復雜的軟件之一。有些路由軟件運行在UNIX操作系統上，有些路由軟件運行在嵌入式操作系統上，甚至有些軟件為提高效率，本身就是操作系統。全球最大的路由器生產廠家Cisco公司曾一度宣稱是一個軟件公司，可見路由器軟件在路由器技術中所占的重要地位。

路由器軟件一般實現路由協議功能、查表轉發(fā)功能和管理維護等其他功能。由于互聯網規(guī)模龐大，運行在互聯網上路由器中的路由表非常巨大，可能包含幾十萬條路由。查表轉發(fā)工作可想而知非常繁重。在高端路由器中上述功能通常由ASIC芯片硬件實現。

路由軟件的高復雜性另一方面體現在高可靠性、高可用性以及魯棒性。實現路由軟件的功能并不復雜，在免費共享軟件中我們甚至可以得到路由協議和數據轉發(fā)的實現源碼。但是難點在于需要該軟件每年365天，每天24小時高效可靠地運行。

在路由器研制過程中，可以通過購買商用源碼等形式迅速實現路由器。但是通常認為路由器軟件需要一年甚至兩年的時間來穩(wěn)定。

2、可編程ASIC

ASIC芯片是專用集成電路，是當前路由器實現線速轉發(fā)數據的的核心技術。可編程ASIC將多項功能集中到一個芯片上，具有設計簡單、可靠性高、電源消耗少等優(yōu)點，能使設備得到更高的性能和更低的成本。

通過ASIC芯片的使用，還可以增加設備端口密度。使用ASIC芯片的端口密度是使用通用芯片時端口密度的數倍。

可編程ASIC芯片的設計是當前高性能路由器實現的硬件保證。

3、路由器接口

路由器接口用作將路由器連接到網絡，可以分為局域網接口及廣域網接口兩種。局域網接口主要包括以太網（10M、100M和1000M以太網）、令牌環(huán)、令牌總線、FDDI等網絡接口。廣域網主要包括E1/T1、E3/T3、DS3、通用串行口（可轉換成X.21 DTE/DCE、V.35 DTE/DCE、RS232 DTE/DCE、RS449 DTE/DCE、EIA530 DTE）ATM接口、POS接口等網絡接口。

當前路由器接口技術較成熟，難點在于高密度接口板的設計與制作和高速接口（大于/等于2.5Gbps）的實現。

路由器技術和二層交換看起來有點相似，其實路由和交換之間的主要區(qū)別就是交換發(fā)生在OSI參考模型的第二層（數據鏈路層），而路由發(fā)生在第三層。這一區(qū)別決定了路由和交換在傳送數據的過程中需要使用不同的控制信息，所以兩者實現各自功能的方式是不同的。

路由技術其實是由兩項最基本的活動組成，即決定最優(yōu)路徑和傳輸數據包。其中，數據包的傳輸相對較為簡單和直接，而路由的確定則更加復雜一些。路由算法在路由表中寫入各種不同的信息，路由器會根據數據包所要到達的目的地選擇最佳路徑把數據包發(fā)送到可以到達該目的地的下一臺路由器處。當下一臺路由器接收到該數據包時，也會查看其目標地址，并使用合適的路徑繼續(xù)傳送給后面的路由器。依次類推，直到數據包到達最終目的地。

路由器之間可以進行相互通訊，而且可以通過傳送不同類型的信息維護各自的路由表。路由更新信息主是這樣一種信息，一般是由部分或全部路由表組成。通過分析其它路由器發(fā)出的路由更新信息，路由器可以掌握整個網絡的拓撲結構。鏈路狀態(tài)廣播是另外一種在路由器技術之間傳遞的信息，它可以把信息發(fā)送方的鏈路狀態(tài)及進的通知給其它路由器。