交换机和路由器的实现原理

1.二层交换技术

　　二层交换机是数据链路层的设备，它能够读取数据包中的MAC地址信息并根据MAC地址来进行交换。

　　交换机内部有一个地址表，这个地址表标明了MAC地址和交换机端口的对应关系。当交换机从某个端口收到一个数据包，它首先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的，它再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口，如果表中有与这目的MAC地址对应的端口，则把数据包直接复制到这端口上，如果在表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。

　　二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。由于二层交换机一般具有很宽的交换总线带宽，所以可以同时为很多端口进行数据交换。如果二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，而它的交换机总线带宽超过N×M，那么这交换机就可以实现线速交换。二层交换机对广播包是不做限制的，把广播包复制到所有端口上。

　　二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC (Application specific Integrated Circuit)芯片，因此转发速度可以做到非常快。

　　2.路由技术

　　路由器是在OSI七层网络模型中的第三层——网络层操作的。

　　路由器内部有一个路由表，这表标明了如果要去某个地方，下一步应该往哪走。路由器从某个端口收到一个数据包，它首先把链路层的包头去掉(拆包)，读取目的IP地址，然后查找路由表，若能确定下一步往哪送，则再加上链路层的包头(打包)，把该数据包转发出去;如果不能确定下一步的地址，则向源地址返回一个信息，并把这个数据包丢掉。

　　路由技术和二层交换看起来有点相似，其实路由和交换之间的主要区别就是交换发生在OSI参考模型的第二层(数据链路层)，而路由发生在第三层。这一区别决定了路由和交换在传送数据的过程中需要使用不同的控制信息，所以两者实现各自功能的方式是不同的。

　　路由技术其实是由两项最基本的活动组成，即决定最优路径和传输数据包。其中，数据包的传输相对较为简单和直接，而路由的确定则更加复杂一些。路由算法在路由表中写入各种不同的信息，路由器会根据数据包所要到达的目的地选择最佳路径把数据包发送到可以到达该目的地的下一台路由器处。当下一台路由器接收到该数据包时，也会查看其目标地址，并使用合适的路径继续传送给后面的路由器。依次类推，直到数据包到达最终目的地。

　　路由器之间可以进行相互通讯，而且可以通过传送不同类型的信息维护各自的路由表。路由更新信息主是这样一种信息，一般是由部分或全部路由表组成。通过分析其它路由器发出的路由更新信息，路由器可以掌握整个网络的拓扑结构。链路状态广播是另外一种在路由器之间传递的信息，它可以把信息发送方的链路状态及进的通知给其它路由器。

路由器的作用：
1、异种网络互连：比如具有异种子网协议的网络互连
2、子网协议转换：不同子网间包括局域网和广域网之间的协议转换
3、路由：也就是寻路
4、速率适配：利用自己的缓存和流控协议进行适配
5、隔离网络：防止广播风暴，还能实现防火墙
6、报文分片和重组：超过接口的MTU报文会被分片，到达目的地之后的报文会被重组
7、备份、流量控制：主备线路的切换和复杂的流量控制
路由器的工作原理：
路由器工作在OSI七层协议中的第三层，也就是网络层。其主要任务是接收来源于一个网络接口的数据包，根据这个数据包中所含的目地址，决定转发到的下一个目的地址。路由器中时刻维持着一张路由表，所有的数据包的发送和转发都通过查找路由表来实现的。这个路由表可以静态配置，也可以通过动态路由协议产生。
路由器物理层从路由器的一个端口收到一个报文，上送到数据链路层。数据链路层去掉链路层封装，根据报文的协议域上送到网络层。网络层首先看报文是否是送给本机的，若是，去掉网络层封装，送给上层。若不是，则根据报文的目的地址查找路由表，若找到路由，将报文送给相应端口的数据链路层，数据链路层封装后，发送报文。若找不到路由，报文丢弃。

交换机的作用：
交换机是一种工作在OSI七层协议中的第二层，也就是数据链路层，可以对电信号进行转发，为接入交换机的任意两个网络结点提供独享的电信号通路，对接入的信息重新生成，通过内部处理转发到指定端口，达到自动寻址和交换的作用，避免端口冲突问题，提高网络吞吐量的网络设备。作用体现如下：
1、集线器：由于提供了大量的可供线缆连接的端口，因此可以被作为集线器使用，达到部署型星型拓扑网络的目的。
2、中继器：在转发帧的时候重新产生一个不失真的方形电信号。
3、网桥：在内置的端口上使用相同的转发和过滤逻辑，所以具备网桥功能。
4、分成多个冲突域：将部署好的局域网分为多个冲突域，而每个冲突与都有自己独立的带宽，所以可以提高宽带利用效率。
交换机的基本工作原理：

1、学习。根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射，写入MAC地址表中。
2、直接转发。如果交换机根据数据帧中的目的MAC地址在建立好的MAC地址表中查询到了，就对对应端口进行转发。
3、泛洪（flood）。如果数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中，则向所有端口转发，也就是泛洪。
4、对于广播帧和组播帧向所有端口进行转发。
5、更新。MAC地址表会每300s更新一次。
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作者：TimeTDIT 
来源：CSDN 
原文：https://blog.csdn.net/qq_35580883/article/details/78879848 
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