圖解交換機(jī)與路由器組網(wǎng)
2023.03.29交換機(jī)與路由器有著本質(zhì)的區(qū)別，但是還是有人搞不清楚他們之間的區(qū)別，特別是現(xiàn)在很多媒體大肆宣揚(yáng)三層交換機(jī)的路由功能，在這種情況下，就更模糊了他們之間的界限。它們之間的功能也開始相互滲透。不僅三層交換機(jī)具有部分原來獨(dú)屬于路由器的路由功能，而且是現(xiàn)在帶寬和高端企業(yè)級(jí)路由器中也開始兼?zhèn)浣粨Q機(jī)的“交換”功能。可謂是相互滲透，于是有人預(yù)言，將來交換機(jī)和路由器很可能會(huì)合二為一。
從現(xiàn)有技術(shù)來看，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)沒有太大難度，同時(shí)對(duì)用戶來說也是迫切需求。一方面，可以簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，另一方面用戶不必購買兩種價(jià)格那么昂貴的設(shè)備，何樂而不為。但就目前來看，它們之間還是存在很大區(qū)別的。這不僅體現(xiàn)在技術(shù)理論上，更多的是體現(xiàn)在應(yīng)用上。
1. 交換機(jī)的星形集中連接
交換機(jī)的基本功能和應(yīng)用就是集中連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（如服務(wù)器、工作站、PC機(jī)、筆記本電腦、路由器、防火墻、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)的鞥），只要交換機(jī)的端口支持響應(yīng)設(shè)備的端口類型都可以直接連接在交換機(jī)的端口，共同構(gòu)成星形網(wǎng)絡(luò)?；揪W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。在星形連接中，交換機(jī)的各端口設(shè)備都彼此平等，可以相互訪問，而不是像很多剛涉入網(wǎng)管行列的朋友那樣，認(rèn)為連接在交換機(jī)的服務(wù)器中是最高級(jí)的。
2. 交換機(jī)的級(jí)聯(lián)與堆棧
上圖所示的僅是一個(gè)最基本的星型以太網(wǎng)構(gòu)架，實(shí)際的星型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)比這更復(fù)雜。這些復(fù)雜性不僅表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如何高檔，配置如何復(fù)雜，更重要的是表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)交換層次比較復(fù)雜。企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的路由器和防火墻通常只需配備一個(gè)，但交換機(jī)通常不會(huì)只是一個(gè)（除了只有20個(gè)用戶左右的小型網(wǎng)絡(luò)）。如果用戶數(shù)比較多，如上百個(gè)，甚至上千個(gè)，就必須依靠交換機(jī)的級(jí)聯(lián)或者堆棧擴(kuò)展連接了。但級(jí)聯(lián)技術(shù)和堆棧技術(shù)也有所不同，它們的應(yīng)用范圍也不同。
交換機(jī)級(jí)聯(lián)就是交換機(jī)與交換機(jī)之間通過交換端口進(jìn)行擴(kuò)展，這樣一方面解決單一交換機(jī)端口數(shù)不足的問題，另一方面也解決了離機(jī)房較遠(yuǎn)距離的客戶端和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接。因?yàn)閱味谓粨Q雙絞以太網(wǎng)電纜可達(dá)到100米，每級(jí)聯(lián)一個(gè)交換機(jī)就可以擴(kuò)展100米距離。但這也不是說可以任意級(jí)聯(lián)，因?yàn)榫€路過長(zhǎng)，一方面信號(hào)在線路上的衰減也較多，另一方面，畢竟下級(jí)交換機(jī)還是共享上級(jí)交換機(jī)的一個(gè)端口可用帶寬，層次越多，最終的客戶端可用帶寬就月底，這樣對(duì)網(wǎng)絡(luò)的連接性能影響就越大。所以從實(shí)角度來看，建議最多部署三級(jí)交換機(jī)，那就是核心交換機(jī)-二級(jí)交換機(jī)-三級(jí)交換機(jī)。
這里的三級(jí)并不是說只能允許最多三臺(tái)交換機(jī)，而是從層次上講智能三個(gè)層次。連接在同一臺(tái)交換機(jī)上不同端口的交換機(jī)都屬于同一個(gè)層次，所以每個(gè)層次又能允許幾個(gè)，甚至幾十個(gè)交換機(jī)級(jí)聯(lián)。層級(jí)聯(lián)所用端口可以是專門的uplink端口，也可以是普通的交換端口。有些交換機(jī)配有專門的級(jí)聯(lián)端口，但有些卻沒有。如果有專門的級(jí)聯(lián)端口，那么最好利用起來，因?yàn)樗膸捦ǔ１绕胀ń粨Q機(jī)端口款，可進(jìn)一步確保下級(jí)交換機(jī)的帶寬。如果沒有則只能通過普通交換機(jī)端口級(jí)聯(lián)了。
通過級(jí)聯(lián)端口進(jìn)行級(jí)聯(lián)的方法如下：
而通過普通端口所進(jìn)行的級(jí)聯(lián)方法如下所示
注意它們之間不僅所用端口不同，所采用的電纜也不一樣；采用級(jí)聯(lián)端口進(jìn)行的級(jí)聯(lián)，需采用普通直通線；而采用普通端口進(jìn)行的級(jí)聯(lián)電纜為交叉電纜，就像聯(lián)系主機(jī)對(duì)連一樣。
至于交換機(jī)的堆棧，就不上訴歐交換機(jī)都可以的，而是要具有堆棧模塊的。交換機(jī)的堆棧不是通過交換端口進(jìn)行的，而是通過專門的背板堆棧莫夸，采用專門的堆棧電纜進(jìn)行的連接。而且要注意，因?yàn)榻虝?huì)你急堆棧同行會(huì)放在同一位置，連接電纜較短，所以交換機(jī)的堆棧目的是用于擴(kuò)充交換端口，而不是用于擴(kuò)展距離。
同時(shí)，交換機(jī)堆棧還可提高各實(shí)際使用的交換機(jī)端口可用寬帶，因?yàn)樗前讯褩Ｔ谝黄鸬慕粨Q機(jī)的背板帶寬聚集在一起，這樣交換機(jī)堆棧的總背板帶就是幾臺(tái)堆棧交換機(jī)的背板帶寬之和。背板帶寬提高后，如果交換機(jī)的每個(gè)端口都用上了，這一優(yōu)勢(shì)就不是很明顯了，但如果有交換機(jī)端口空余，效果會(huì)更明顯，因?yàn)樗梢猿浞掷枚嘤袔挕?/span>
堆棧連接
交換機(jī)的堆棧連接端口通常是又排D形插孔的，一個(gè)交換機(jī)有兩個(gè)這樣的端口，分別標(biāo)有“up”和“down”字樣，表示對(duì)應(yīng)用于向上向下，不能接錯(cuò)。
3. 三層交換機(jī)的路由連接
前面我們介紹到，三層交換機(jī)也具有一定的“路由”功能，可以實(shí)現(xiàn)不同子網(wǎng)的連接。但要注意的是，它的路由功能相對(duì)路由器來說還是要弱許多的。三層交換機(jī)的 路由功能只能用于同一類型的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，而且通常只是局域網(wǎng)子網(wǎng)之間的互聯(lián)，并不能把局域網(wǎng)與廣域網(wǎng)，或者互聯(lián)網(wǎng)連接起來，因?yàn)槿龑咏粨Q機(jī)所支持的路由協(xié)議非常有限，畢竟這不是它的主要功能。
我們知道，在局域網(wǎng)上，二層的交換機(jī)通過源MAC 地址來標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)包的發(fā)送者，根據(jù)目的MAC 地址來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。對(duì)于一個(gè)目的地址不在本局域網(wǎng)上的數(shù)據(jù)包，二層交換機(jī)不可能直接把它送到目的地，需要通過路由設(shè)備(比如傳統(tǒng)的路由器)來轉(zhuǎn)發(fā)，這時(shí)就 要把交換機(jī)連接到路由設(shè)備上。如果把交換機(jī)的缺省網(wǎng)關(guān)設(shè)置為路由設(shè)備的IP 地址，交換機(jī)會(huì)把需要經(jīng)過路由轉(zhuǎn)發(fā)的包送到路由設(shè)備上。
路由設(shè)備檢查數(shù)據(jù)包的目的地址和自己的路由表，如果在路由表中找到轉(zhuǎn)發(fā)路徑，路由設(shè)備把該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到其它的網(wǎng)段上，否則，丟棄該數(shù)據(jù)包。專用路由器昂貴、復(fù)雜、速度慢、易成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸，因?yàn)樗治鏊械膹V播包并轉(zhuǎn)發(fā)其中的一部分，還要和其它的路由器交換路由信息，而且這些處理過程都是由CPU 來處理的(不是專用的ASIC )。
第三層交換機(jī)既能像二層交換機(jī)那樣通過MAC 地址來標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，也能像傳統(tǒng)路由器那樣在兩個(gè)網(wǎng)段之間進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)。傳統(tǒng)路由器采用軟件來維護(hù)路由表，而三層交換機(jī)是通過專用的ASIC芯片來處理 路由轉(zhuǎn)發(fā)的。與傳統(tǒng)路由器相比，第三層交換機(jī)的路由速度一般要快十倍或數(shù)十倍。
三層交換機(jī)的路由連接如下圖所示。
路由器的局域網(wǎng)連接
大家都知道，路由器可以連接企業(yè)局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)(如因特網(wǎng))，但卻忽略了一路由器的另一個(gè)應(yīng)用，那就是它的局域網(wǎng)連接功能。路由器的廣域網(wǎng)連接可參見拓?fù)鋱D圖和三層交換機(jī)的路由連接圖。
路由器的作用因不同的路由器類型而定，我們常說的路由器通常是指邊界路由器，就是位于不同類型網(wǎng)絡(luò)的邊界，如拓?fù)鋱D圖和三層交換機(jī)的路由連接圖所示。還有一種路由器，它設(shè)計(jì)的目的就不是用于不同類型網(wǎng)絡(luò)的連接，而是用于同為局域網(wǎng)的不同局域網(wǎng)或不同子網(wǎng)之間的連接，這就是“中間節(jié)點(diǎn)路由器”。它的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu) 如下圖所示。它與三層交換機(jī)的路由連接圖相比，只是用中間節(jié)點(diǎn)路由器接替了原來的三層交換機(jī)。
“邊界路由器”處于網(wǎng)絡(luò)邊界的邊緣或末端，用于不同網(wǎng)絡(luò)路由器的連接，這也是目前大多數(shù)路由器的類型。如前面介紹的互聯(lián)網(wǎng)接入路由器和后面要介紹的VPN 路由器都屬于邊界路由器。這類路由器所支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和路由協(xié)議比較廣，背板帶寬非常高，具有較高的吞吐能力，以滿足各類不同類型網(wǎng)絡(luò)(包括局域網(wǎng)和廣域 網(wǎng))的互聯(lián)。
而“中間節(jié)點(diǎn)路由器”則處于局域網(wǎng)的內(nèi)部，通常用于連接不同局域網(wǎng)，起到一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的橋梁作用。中間節(jié)點(diǎn)路由器更注重MAC地址的記憶能，要求較大的緩 存。因?yàn)樗B接的網(wǎng)絡(luò)基本上是局域網(wǎng)，所以所支持的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議比較單一，背板帶寬也較小，這些都是為了獲得最高的性價(jià)比，適應(yīng)一般企業(yè)的隨能力。
它與三層交換機(jī)的路由功能相比，在路由功能上肯定比三層交換機(jī)的強(qiáng)，但在局域網(wǎng)這種數(shù)據(jù)交換頻繁的網(wǎng)絡(luò)中，采用中間節(jié)點(diǎn)路由器來進(jìn)行局域網(wǎng)的連接，網(wǎng)絡(luò)性能可能會(huì)受到一定影響?？偟膩碚f，如果所連接的局域網(wǎng)或子網(wǎng)較多、網(wǎng)絡(luò)互訪不是很頻繁、路由較復(fù)雜的環(huán)境中，最好采用中間節(jié)點(diǎn)路由器連接方案。但在少數(shù)子 網(wǎng)連接、網(wǎng)絡(luò)間互訪頻繁的環(huán)境中，最好還是采用三層交換機(jī)連接方式。而且還可節(jié)省設(shè)備投資，因?yàn)槿龑咏粨Q機(jī)不僅具有滿足應(yīng)用需求的路由功能，還可當(dāng)作交換機(jī)用，連接許多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
