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摘要：本文通过自身的工作经验，介绍了三层交换机与路由器的作用及应用技术，在此基础上，就三层交换机与路由器的差别进行了分析，通过分析得知，三层交换适用于局域网环境，而路由器适用于广域网中。
关键词：三层交换机；路由器；局域网；不同
在局域网上，VLAN 具有较大的通信数据量，而路由器负责对每一个数据包都路由一次，随着网络数据量的不断增长，传统路由器将难以满足数据量的需求。而三层交换机也具有“路由”功能，与传统路由器的路由功能基本一致。但三层交换机与路由器还是存在本质区别的。故本文就三层交换机与路由器的差别进行了分析，为局域网建设提供借鉴。
1 三层交换机与路由器的作用及应用技术
近年来，互联网和信息化建设的迅猛发展，人们越来越感觉到传统路由器己经从原来的交通指挥员变成了现在的路口瓶颈。传统路由器在网络中起到隔离网络、隔离广播、路由转发、防火墙的作用，并且随着网络的不断发展，它们的工作量也在迅速增长。如今出于安全和管理方便等方面的考虑，VLAN（虚拟局域网）技术在网络中大量应用。
VLAN（虚拟局域网）技术可以逻辑隔离各个不同的网段、端口，甚至主机，而各不同 VLAN间的通信都要经过路由器来完成转发。由于局域网中数据流量很大，VLAN 间大量的信息交换都要通过路由器来完成转发，这时候随着数据流量的不断增长，路由器就成为了网络的瓶颈。为了解决局域网的这个瓶颈，很多企业内部、学校和小区建设局域网时都采用了三层交换机。
路由器的推出是为了解决远程的、不同网段的互连互通，所谓“路由”就是根据网络上数据包（如IP Packet）的目的地址（如IP地址）查表，以决定并将该数据包转发到通往目的地的“下一跳”。而三层交换（也称多层交换技术或IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层——数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术+三层转发技术。
2 三层交换机与路由器的差别分析
众所周知，三层交换机也具有“路由”功能，与传统路由器的路由功能总体上是一致的。但是，三层交换机与路由器还是存在本质区别的。三层交换机并不等于路由器，同时也不可能取代路由器。三层交换机非常适应局域网环境，而路由器非常适合应用于广域网中。也就是说，三层交换机无法适应网络拓扑各异、传输协议不同的广域网系统。具体而言，三层交换机与路由器的差别体现在以下几个方面：
2.1 功能不同
虽然三层交换机与路由器都具有路由功能，但不能因此把它们等同起来。现在有的宽带路由器不仅具有路由功能，还提供了交换机端口、硬件防火墙功能，但不能把它同交换机或者防火墙等同起来。因为这些路由器的主要功能还是路由功能，其他功能只不过是其附加功能，其目的是使设备适用面更广，使其更加实用。三层交换机也一样，它仍是交换机产品，只不过它是具备了一些基本的路由功能的交换机，它的主要功能仍是数据交换。也就是说它同时具备了数据交换和路由转发两种功能，但其主要功能还是数据交换，而路由器仅具有路由转发这一种主要功能。
2.2 使用场所不同
三层交换机主要是用于简单的局域网连接。因此，三层交换机的路由功能通常比较简单，路由路径远没有路由器那么复杂。它在局域网中的主要用途还是提供快速数据交换功能，满足局域网数据交换频繁的应用特点。而路由器则不同，它主要是为了满足不同类型的网络连接。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆虽然也适用于局域网之间的连接，但它的路由功能更多地体现在不同类型网络之间的互联上，如局域网与广域网之间的连接、不同协议的网络之间的连接等，它最主要的功能就是路由转发，解决好各种复杂路由 路径网络的连接就是它的最终目的。它的优势在于选择最佳路由、负荷分担、链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等。为了与各种类型的网络连接，路由器的接口类型非常丰富，而三层交换机则一般仅有同类型的局域网接口，非常简单。
2.3 数据处理方式不同
从技术上讲，路由器和三层交换机在数据包交换操作上存在着明显区别。路由器一般由基于微处理器的软件路由引擎执行数据包交换，而三层交换机通过硬件执行数据包交换，路由器功能更为强大，像NAT、VPN 等功能仍无法被完全替代。三层交换机在对第一个数据流进 行路由后，将会产生一个 MAC地址与IP地址的映射表，当同样的数据流再次通过时，将根据此表直接从二层通过而不是再次路由，从而消除了路由器进行路由选择而造成网络的延迟，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，它利用缓存技术，很容易利用 ASIC 技术来实现，因此，可以大大节约成本，并实现快速转发。而路由器的转发采用最长匹配的方式，实现复杂，通常使用软件来实现，转发效率较低。
路由器的包转发率一般为几百 Kpps，总线带宽 2Gbps；而交换机的包转发率可达150Mpps以上，背板带宽更可高达 32Gbps。由此可以看出，三层交换机的数据处理能力远远高于路由器。处于同一个局域网中 的各子网的互联，可以用三层交换机来代替路由器，但局域网必须与公网互联以实现跨地域的网络，这时路由器就不可缺少。一个完全构建在交换机上的网络会出现诸如碰撞、堵塞以及通信混乱等问题。使用路由器将网络划分为多个子网，通过路由所具备的功能来有效进行安全控制策略，则可以避免这些问题。
2.4 协议支持上的不同
路由器与三层交换机一样，支持IP、IPX、DECnet 等网络协议，也支持 RIP、OSPF等开放的动态路由协议。三层交换机现在还不能提供完 整的路由选择协议，而路由器则具备同时处理多个协议的能力。除此之外，路由器还具有第四层网络管理能力，这也是三层交换机所不具备的。
2.5 端口密度和扩展能力的差别
无论使用哪个厂商、哪个型号的路由器，都存在接入数量的限制，对于多于此端口数量的需求，只能使用第二台路由器设备来扩展。而使用交换机，可以说不存在接入数量的限制，但对于更多数量的接入还可通过级联支持二层VLAN的交换机做扩充，这个数量是无限的。
2.6 性能和价格不同
随着时间的推移以及三层交换机技术的成熟，三层交换机的价格也开始下调，目前市场上已经出现一些万元左右的三层交换机，而这些 低价的万元级三层交换机出现意味着中小型企业也可以组建高性能的网络。当然这些万元级三层交换机不但能够作为中小型企业网络的核心使用，也可作为大型企业网络的汇聚层交换机使用。在大型企业网络中，一般的组成结构就是一个网络中心，多个部门的网络接入，网络中心一般由高性能的交换机组成，而下面所属的部门网络要保证较高的 性能又不想投入过多的资金，采用万元级三层交换机作为部门网络的 核心就显得非常必要了，高端核心交换机也仅需几十万，而一台思科的入门级企业路由器就几万元，一台具有一定E1端口接入数量的路由器需几十万元人民币，根据需要不同，配置也不同。正因如此，从整体性能上比较的话，三层交换机的性能要远优于路由器，非常适用于数据交换频繁的局域网中；而路由器虽然路由功能非常强大，但它的数据包转发 效率远低于三层交换机，更适合于数据交换不是很频繁的不同类型网络的互联，如局域网与互联网的互联。
3 结语
综上所述，三层交换机与路由器之间还是较大的区别。在局域网中，一般选用三层交换机进行多子网连接，不仅可以确保子网间的通信性能需求，而且能够降低交换机的投资成本。而如果子网间的通信不是很频繁，可以考虑采用路由器来实现子网安全隔离通信的目标。一般来说，在局域网中，也可以将路由器和三层交换机结合起来进行使用，因此，我们应视具体情况来选择。
参考文献：
[1]颜谦和.交换机与路由器技术[M].清华大学出版社，2011.1
[2]孙兴华，张晓.网络工程实践教程——基于Cisco 路由器与交换机[M].北京大学出版社，2010.9
论文作者:莫冰
论文发表刊物:《建筑细部》2018年2月中
论文发表时间:2018/9/17
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