传统交换发生在网络的第二层，即数据链路层； 路由发生在第3层-网络层。 在新网络中，路由智能与交换性能有机结合，目前三层交换机和多层交换机大量用于企业级网络主干网和小区网络。 这不是什么新话题，但很少有人明确解读这些概念之间的关联。 说到交换，广义上任何数据的传输都可以称为交换。 当然，现在指狭义的交换，只包括数据链路层的传输。 对制造网络设备的人的交换的理解多是从交换机开始的，电路交换机在通信网上使用了几十年，而对帧交换的设备，特别是以太网交换机的大规模使用是近年来的事情。 交换机要了解以太网交换机的作用，必须从桥接原理开始。 传统的以太网是共享的，如果网段上有四台计算机： a、b、c和d，则在a和b通信时，c和d只能听到被动的声音。 假设电缆段分开，a、b在一个段上，c、d在另一个段上，则在a和b通信的同时，c和d也可以通信。 这样，原始10M的带宽理论上为20M。 另外，为了使这两个网段能够相互通信，需要通过作为具有两张网卡的计算机的桥接器进行连接。 整个网络刚开始的时候，桥对网络的拓扑一无所知。 此时，假设a向b发送数据。 因为网络是广播的，所以也接收网桥。 但是，网桥不知道b是在自己的左边还是右边，所以进行默认的传输。 也就是说，向另一个网卡发送此消息。 虽然进行了无谓的传输，但通过这个过程，桥接器意识到数据的发件人a在自己的左侧。 网络上的所有计算机都发送数据后，网桥是智能的，它会知道每台计算机位于哪个网段上。 当a向b重新发送数据时，桥接器不进行数据传输，同时c可以向d发送数据。 从上面的例子可以看出，网桥可以减少发生网络冲突的概率。 这就是使用桥的主要目的，称为减少碰撞域。 但是，桥不能阻止广播。 广播信息的屏蔽依赖于三层连接设备——路由器。 根据电缆段细化的思想，电缆段越多，可用带宽越高。 如果每台计算机都位于独立的电缆段上，则在网络上有10台计算机时，连接它们需要10个端口的网桥。 但是，实现这样的网桥不太现实，软件传输的速度也跟不上。 于是，有开关。 交换机是指将上述多端口桥接硬件或固件化以实现更低的成本和更高的性能。 交换机的一个重要功能是避免交换周期，这与生成树协议(STP )有关。 生成树协议的功能是防止数据帧在由交换机组成的网络中循环传输。 如果网络中存在冗馀链路，则STP协议当前选择根交换机，以确定从除根交换机之外的每台交换机到根交换机的路径，最后将此路径上的所有链路置于转发状态，而其馀交换机之间的连接是冗馀链路VLAN交换机的另一个重要功能是虚拟局域网(VLAN )。 VLAN的好处主要有三点。 端口的分隔符。 即使是同一交换机，位于不同VLAN上的端口也无法通信。 这种物理交换机可以用作多个逻辑交换机。 网络安全。 不同的VLAN无法直接通信，消除广播信息的不安。 灵活的管理。 要更改用户所属的网络，不需要更改端口和连接，只需更改软件配置即可。 可以通过端口或MAC地址分割VLAN。
在某些情况下，VLAN的配置必须在由交换机组成的网络上保持一致。 这要求交换机之间根据VLAN中继协议(VTP )交换VLAN信息。 VTP协议仅在主干端口(交换机之间的端口)上运行。 路由器是网络间的连接设备，其重要工作之一是路由。 该功能是路由器智能的核心，它通过管理员配置和一组路由算法来实现。 算法的路由算法具有移动性，静态路由是管理员手动设置的特殊路由。 如果手动配置所有路由，网络将正常工作，但存在一些限制。 网络拓扑更改不会自动更改静态路由，需要网络管理员介入。 默认路由是静态路由的一种，由管理员设置。 如果找不到目标网络路由表中的条目，路由器会向默认路由器发送信息。 另一方面，动态算法、俊秀标签是由路由器自动计算的路由，而常见的RIP、OSPF等是动态算法的典型代表。 另外，路由算法还可以分为DV和LS两种。 距离向量(dv )算法将当前路由器的路由信息转发到相邻路由器，相邻路由器将这些信息添加到路由表中。 另一方面，链路站(ls )算法向域中的所有路由器传递链路状态信息，而接收路由器利用这些信息构建网络拓扑结构图，并利用附图中的最短路径优先算法来确定路径。 相比之下，距离向量算法比较简单，而链路状态算法较为复杂，占用的CPU和内存也要多一些。但是由于链路状态算法采用的是自身的计算结果，所以比较不容易产生路由循环。RIP是DV类算法的典型代表，而OSPF是LS的代表协议。 四种协议 四种最常见路由协议是RIP、IGRP、OSPF和EIGRP。 RIP（Routing Information Protocol，路由信息协议）是使用最广泛的距离向量协议，它是由施乐（Xerox）在20世纪70年×××发的。当时，RIP是XNS（Xerox Network Service，施乐网络服务）协议簇的一部分。TCP/IP版本的RIP是施乐协议的改进版。RIP最大的特点是，其实现原理和配置方法都非常简单。RIP基于跳数计算路由，并且定期向邻居路由器发送更新消息。 IGRP是Cisco专有的协议，只在Cisco路由器中实现。它也属于距离向量类协议，所以在很多地方与RIP有共同点，比如广播更新等。它和RIP最大的区别表现在度量方法、负载均衡等几方面。IGRP支持多路径上的加权负载均衡，这样，网络的带宽可以得到更加合理的利用。另外，与RIP仅使用跳数作为度量依据不同，IGRP使用了多种参数，构成复合的度量值，这其中可以包含的因素有：带宽、延迟、负载、可靠性和MTU（最大传输单元）等。 OSPF协议是20世纪80年代后期开发的，20世纪90年代初成为工业标准，是一种典型的链路状态协议。OSPF的主要特性包括：支持VLSM（变长的子网掩码）、收敛迅速、带宽占用率低等。OSPF协议在邻居之间交换链路状态信息，以便路由器建立链路状态数据库（LSD）之后，路由器根据数据库中的信息利用SPF（Shortest Path First，最短路径优先）算法计算路由表，选择路径的主要依据是带宽。 EIGRP是IGRP的增强版，它也是Cisco专有的路由协议。EIGRP采用了扩散更新（DUAL）算法，在某种程度上，它和距离向量算法相似，但具有更短的收敛时间和更好的可操作性。作为对IGRP的扩展，EIGRP支持多种可路由的协议，如IP、IPX和AppleTalk等。运行在IP环境时，EIGRP还可以与IGRP进行平滑的连接，因为它们的度量方法是一致的。 以上4种路由协议都是域内路由协议，它们通常使用在自治系统的内部。当进行自治系统间的连接时，往往采用诸如BGP（Border Gateway Protocols，边界网关协议）和EGP（External Gateway Protocols，外部网关协议）这样的域间路由协议。目前在Internet上使用的域间路由协议是BGP第四版。 收敛是路由算法选择时所遇到的一个重要问题。收敛时间是指从网络的拓扑结构发生变化到网络上所有的相关路由器都得知这一变化，并且相应地做出改变所需要的时间。这一时间越短，网络变化对全网的扰动就越小。收敛时间过长会导致路由循环的出现。 全交换网络 传统的园区网络是路由器加交换机的结构。交换机负责网络内部的传输，划分VLAN可以保证二层的安全性和灵活性，路由器则完成网间的寻址和数据转发工作。 通常，路由器的性能比交换机要差一些，因为路由器是基于软件的查表转发，而交换机可以实现硬件的直通式转发。但在传统的园区网络中，路由器并不会成为网络的瓶颈。因为80%的数据量是在网络内部的通信，只有20%的数据是做远程访问，也就是说，大多数经过交换机的信息并不经过路由器。这就是传统网络的“80/20”流量模型。 近年来，由于Internet/Intranet计算模式的兴起，应用被集中管理，而不是像从前那样分散在各个部门的网络中，园区网络的流量模型发生了很大的变化。大量的网络访问是远程的，也就是要经过路由器的，这被称为新的“20/80”流量模型。因此，路由器逐渐成为网络的瓶颈。 为了从技术上解决这个问题，网络厂商开发了三层交换机，也叫做路由交换机。它是传统交换机的性能和路由器的智能的结合。路由选择仍由路由器完成，但路选的结果被交换机保留在自身的路由缓存中。这样，一个数据流中的第一个数据包经过路由器，后继的所有数据包直接由交换机查表转发。得益于硬件转发，三层交换机可以做到线速路由。 许多厂家生产的三层交换机本身即是交换机和路由器的结合体，例如一些二层交换机可以选配路由模块，实现三层功能。 如此看来，企业级网络和园区网的内部就是交换机的天下了，全交换的网络适应新的流量模型，彻底克服了传统网络的路由器瓶颈，极大地提高了网络的效率。当然，路由器并没有失业，仍然被用在远程连接、拨号访问等场合。
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