对交换机与路由器的认知

路由器是使用网络层IP地址转发分组的存储转发分组交换机。

交换机也是一个存储转发分组交换机，但它是用MAC地址转发分组。

路由器是网络层的分组交换机。

交换机是链路层的分组交换机。

即使交换机与路由器从根本上是不同的，网络管理员在安装互联设备时也经常必须在它们之间进行选择。既然路由器和交换机都是候选的互联设备，那么这两种方式有什么优缺点呢？

交换机的优缺点：

交换机是即插即用的，这是世界上所有超负荷工作的网络管理员都喜爱的特性。

交换机还能够具有相对高的分组过滤和转发速率。交换机必须处理高至第二层（链路层）的帧，而路由器必须处理高至第三层的数据报。

为了防止广播帧的循环，交换网路的活跃拓扑限制为一棵生成树。

一个大型交换机网络将要在主机和路由器中有大量的ARP表，这将生成可观的ARP流量和处理量。

交换机对于广播风暴并不提供任何保护措施，即如果某主机出了故障并传输出没完没了的以太网广播帧流，该交换机将转发所有这些帧，使得整个以太网的崩溃。

路由器的优缺点：

网络IP寻址是分层次的（不像MAC寻址那样是扁平的），即使当网络中存在冗余路径是，分组通常也不会通过路由器循环。分组不会被限制在一棵生成树上，并可以使用源和目的地之间的最佳路径。

因为路由器没有生成树的限制，所以它们允许以丰富的拓扑结果构建因特网。

路由器的另一个特色是它对第二层的广播风暴提供了防火墙保护。

路由器的最大缺点就是它们不是即插即用的，即路由器对连接到它们的主机需要人为地配置IP地址。

路由器对每个分组的处理时间通常比交换机长，因为它们必须处理高达第三层的字段。

什么时候应该使用路由器，什么时候应该使用交换机？

通常，由几百台主机组成的小网络通常有几个局域网网段。对于这些小网络，交换机就足够了，因为它们不要求IP地址的任何配置就能使流量局部化并增加总计吞吐量。

但是再有几千台主机组成的更大网络中，通常在网络中（除了交换机）还包括路由器，路由器提供更健壮得到流量隔离方式和对广播风暴的控制，并在网路的主机之间使用更智能的路由。

交换机与路由器的区别：

作者：李卿
链接：https://www.zhihu.com/question/20465477/answer/18345838
来源：知乎
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==== 从 普通用户用途 的角度来划分：

交换机用来将一根网线变为多根，如果网络需要登录大家各自分别登录。
路由器用来将一条网络变为多条，分出的多条网络共享主线的网络带宽。

// 这里以普通用户视角描述，用词不准确，谢绝打脸
实际情况是大部分家用路由由路由器和交换机两部分组成，交换机用于内部网络数据传输，路由器利用 NAT 转发数据与外部网络通信。

==== 从 课本上的定义 的角度来划分：

交换机
- 用于同一网络内部数据的快速传输
- 转发决策通过查看二层头部完成
- 转发不需要修改数据帧
- 工作在 TCP/IP 协议的二层 —— 数据链路层
- 工作简单，直接使用硬件处理
路由器
- 用于不同网络间数据的跨网络传输
- 转发决策通过查看三层头部完成
- 转发需要修改 TTL ，IP 头部校验和需要重新计算，数据帧需要重新封装
- 工作在 TCP/IP 协议的三层 —— 网络层
- 工作复杂，使用软件处理

// 应该说，这个定义已经很过时了，三层(多层)交换机早就已经普遍使用了，但是天知道什么原因，至少我手头的某一本课本还是这样说的。

这是许多课本上的标准解答，在传统上来讲也是正确的。

由于交换机只需要查看二层数据帧的头部即可决策转发地址，策略十分简单，可以直接通过硬件芯片实现相应功能，所以可以做到廉价高速，被大量应用在接入层。
而路由器由于需要处理跨网络的连接，必须在接收到完整的 IP数据包后才能转发数据，路由协议又比较复杂，所以只能使用软件的方式实现相应的功能，要达到高性能只能付出更高的价格。

另外，由于二层转发只需要查看帧头部即可开始转发，也使得 (二层)交换机有了一项独门功夫：直通转发。简单说就是只接收数据帧头部就开始转发，从而达到更高的性能。

==== 从 转发模式 的角度来划分：

Tips: 这里只讨论三层(多层)交换机，二层同上一条

交换机
- 硬件处理交换 (转发) 过程
- 一次路由(寻路)，多次交换(转发)
路由器
- 软件处理交换 (转发) 过程
- 一次路由(寻路)，一次交换(转发)

// 据说也有纯软件转发的三层交换机，暂不讨论

虽然上面写的是软/硬件的区别，实际上更多的是工作模式上的区别：

三层(多层)交换机并非纯硬件工作，而是有单独的路由引擎，但是路由引擎并非一直工作，而是在第一次通信的时候通过路由引擎查询路由表，建立转发表，之后的数据不再经过路由引擎，而是通过与二层类似的交换引擎进行转发。
- 由于工作内容简单，转发引擎可以使用专门的硬件芯片来达到廉价高性能。
而路由器对每一个数据包都进行路由查询，占用大量资源，所以寻路效率较低，
- 由于路由协议复杂，无法通过纯硬件芯片处理，造成大量数据转发时性能比不上三层(多层)交换机。

Tips: 事实上路由器方面也有类似的技术，例如思科快速转发机制(CEF-Cisco Express Forwarding)

也正是工作模式上的差异，造成了他们在实际应用时的一些区别：

三层(多层)交换机的路由引擎较弱，相比路由器支持的路由协议有限。
同样由于三层(多层)交换机的路由引擎较弱，且转发表有限，不适合复杂的多网络互联。
因为并不是每一个包都会经过路由引擎，三层(多层)交换机的路由策略功能较弱。
三层(多层)交换机更适合网络结构简单，交换数据量大的情景下使用（例如小型网络的汇聚层）
路由器更适合复杂的多网络互联的核心交换区域。

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