机房交换机(图解交换机与路由器组网，强烈建议都看看)

Posted 2023-05-29

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机房交换机(图解交换机与路由器组网，强烈建议都看看)

谈到交换机和路由器，有些人根本不知道它们各自的功能是什么，而另一些人则不知道它们之间的区别，尤其是在各种媒体大肆宣传第3层交换机的“路由”功能的情况下。事实上，说到这里，我不得不承认，交换机和路由器之间的区别正变得越来越模糊，它们的功能开始相互渗透。

第三层交换机不仅具有一些原本仅属于路由器的“路由”功能，而且现在宽带和高端企业路由器也开始具有交换机的“交换”功能。可以说是相互渗透，所以有人预测交换机和路由器将来可能会合并。作者也坚信这一点。

因为从技术上来说，实现这个目标并不困难。同时，它也是用户的迫切需要。一方面，它可以简化网络结构。另一方面，用户不必购买两种昂贵的设备。为什么不呢？但目前，两者之间仍存在很大差异。当然，这不仅体现在技术理论上，而且主要体现在应用上。本文将全面解释交换机和路由器在应用方面的主要区别。

一、交换机的星形集中连接

众所周知，交换机最基本的功能和应用是集中连接网络设备。只要交换机的端口支持相应设备的端口类型，所有网络设备（如服务器、工作站、PC、笔记本电脑、路由器、防火墙、网络打印机等）都可以直接连接到交换机的端口，形成星形网络。基本网络结构如图1所示。在星形连接中，交换机每个端口上连接的设备彼此相等，并且可以相互访问（除非受到限制），而不是像许多刚进入网络管理行列的朋友所认为的那样，认为连接到交换机的服务器是最先进的。

二、交换机的级联与堆栈

拓扑图

上图仅显示了最基本的星形以太网体系结构。实际的星形企业网络可能比这复杂得多。这种复杂性不仅体现在高级网络设备和复杂的配置上，还体现在网络交换层次的复杂性上。企业网络中的路由器和防火墙通常只需要配备一个，但交换机通常不仅仅是一个（只有大约20个用户的小型网络除外）。如果用户数量很大，例如数百甚至数千，则必须依赖交换机的级联或堆栈扩展连接。然而，级联技术和堆栈技术也不同，它们的应用范围也不同。

交换机级联是指交换机之间通过交换端口进行扩展。一方面解决了单个交换机端口数不足的问题，另一方面也解决了客户端与远离机房的网络设备之间的连接问题。因为单交换机双绞线以太网电缆可以达到100米，所以每个级联交换机可以扩展100米的距离。然而，这并不意味着它可以任意级联，因为行太长了。一方面，信号在线路上有更多衰减。另一方面，毕竟，低级交换机仍然共享高级交换机端口的可用带宽。层越多，客户端的最终可用带宽越低（尽管您可以使用100m交换机），这对网络连接性能有很大影响。因此，从实用的角度来看，建议最多部署三级交换机，即核心交换机-两级交换机-三级交换机。

这里的三个级别并不意味着只允许三个开关，而是只允许三个级别。连接到同一交换机上不同端口的交换机属于同一层，因此每一层都可以允许几个甚至几十个交换机级联。用于分层连接的端口可以是特殊的上行链路端口或公共交换端口。有些交换机有专用的上行链路端口，但有些没有。如果有一个特殊的级联端口，最好使用它，因为它的带宽通常比普通的交换端口更宽，这可以进一步保证较低级别交换机的带宽。否则，它只能通过普通的交换端口级联。

通过级联端口进行级联的方法如下图所示；

通过级联端口进行级联

而通过普通端口所进行的级联方法如下图所示。

通过普通端口所进行的级联

请注意，它们之间不仅使用的端口不同，而且使用的电缆也不同：对于使用级联端口的级联，应使用普通的直线；使用普通端口的级联电缆是交叉电缆，就像两台主机的连接一样。

至于交换机堆栈，并非所有交换机都可以，但应具有堆栈模块。交换机的堆栈不是通过交换机端口，而是通过一个特殊的背板堆栈模块和一条特殊的堆栈电缆。需要注意的是，交换机堆栈通常放置在同一位置，并且连接电缆也很短，所以交换机堆栈的用途主要是扩展交换机端口，而不是扩展距离。

同时，交换机堆栈还可以提高每个实际使用的交换机端口的可用带宽，因为它聚合了堆叠交换机的背板带宽，所以交换机堆栈的总背板带宽是几个堆叠交换机的背板带宽之和。背板带宽增加后，如果使用交换机的每个端口，这一优势不是很明显（这也是有效的，因为每个端口不可能一直在同一时间通信）。但是，如果交换机有备用端口，效果会更明显，因为它可以充分利用交换机的所有带宽。

堆栈连接如下图所示。

堆栈连接

交换机的堆栈连接端口通常是另一排D形插孔。交换机有两个标有“向上”和“向下”的端口（如上图所示），表示它们用于向上和向上堆栈连接，不能错误连接。

三、三层交换机的路由连接

如前所述，第三层交换机还具有一定的“路由”功能，可以实现不同子网的连接。然而，应该注意的是，它的路由功能比路由器的路由功能弱得多。第三层交换机的路由功能只能用于相同类型的网络互连，通常仅用于LAN子网之间的互连。它无法将LAN与WAN或Internet连接，因为第3层交换机支持的路由协议非常有限。毕竟，这不是它的主要功能。

我们知道，在局域网上，第二层交换机通过源MAC地址识别数据包的发送方，并根据目标MAC地址转发数据包。对于目标地址不在局域网上的数据包，第二层交换机无法将其直接发送到目标。它需要通过路由设备（如传统路由器）转发。此时，交换机必须连接到路由设备。如果将交换机的默认网关设置为路由设备的IP地址，则交换机将通过路由将需要转发的数据包发送到路由设备。

路由设备检查数据包的目标地址及其自己的路由表。如果在路由表中找到转发路径，则路由设备将数据包转发到其他网段。否则，数据包将被丢弃。专用路由器价格昂贵、复杂、速度慢，并且容易成为网络瓶颈，因为它需要分析所有广播数据包并转发其中一些数据包。它还需要与其他路由器交换路由信息，这些过程由CPU（而不是专用ASIC）处理。

第三层交换机不仅可以像第二层交换机一样通过MAC地址识别和转发数据包，还可以像传统路由器一样在两个网段之间进行路由和转发。传统路由器使用软件维护路由表，而第三层交换机通过专用ASIC芯片处理路由转发。与传统路由器相比，第三层交换机的路由速度通常要快十倍或几十倍。

三层交换机的路由连接如下图所示。

三层交换机的路由连接

路由器的局域网连接

众所周知，路由器可以连接企业局域网和广域网（如互联网），但它们忽略了路由器的另一个应用，即其局域网连接功能。路由器的广域网连接见三层交换机的拓扑图和路由连接图。

路由器的作用取决于不同类型的路由器。我们经常提到的路由器通常是指边界路由器，它们位于不同类型网络的边界，如第3层交换机的拓扑图和路由连接图所示。还有另一种路由器，它不是为连接不同类型的网络而设计的，而是为连接不同LAN或同一LAN的不同子网而设计的。这是“中间节点路由器”。其网络结构如下图所示。与第三层交换机的路由连接图相比，它只使用中间节点路由器来代替原来的第三层交换机。

中间节点路由器连接

“边界路由器”位于网络边界的边缘或末端，用于连接不同的网络路由器。这也是目前大多数路由器的类型。例如，前面描述的因特网接入路由器和后面描述的VPN路由器属于边界路由器。这种路由器支持广泛的网络协议和路由协议，具有非常高的背板带宽和高通量，以满足各种类型网络（包括LAN和WAN）的互连。

“中间节点路由器”位于LAN内部。它通常用于连接不同的局域网，并充当数据转发的桥梁。中间节点路由器更注重MAC地址的存储，需要较大的缓存。由于连接的网络基本上是LAN，支持的网络协议相对简单，背板带宽也较小。所有这些都是为了获得最高的性价比和适应一般企业的随机能力。

与第三层交换机的路由功能相比，它在路由功能方面肯定优于第三层交换机。然而，在数据交换频繁的局域网中，使用中间节点路由器连接局域网可能会影响网络性能。一般来说，如果连接了多个LAN或子网，网络访问不太频繁，且路由复杂，则最好使用中间节点路由器连接方案。然而，在少数子网连接且网络访问频繁的环境中，最好使用三层交换机连接。它还可以节省设备投资，因为三层交换机不仅具有满足应用要求的路由功能，还可以作为交换机连接多个网络设备。