交换机和路由器工作原理区别

交换机和路由器的主要差别为：前者主要负责局域网内的快速数据传输任务，而后者则担负起跨越不同网络环境下的智能路由选择以及连接控制的工作。交换机位于OSI模型第二层，它依靠学习到的源MAC地址来建立端口映射表，在同一个局域网上实现各个节点之间低延时、大带宽的数据交换；路由器处在第三层之上，它的功能主要是根据路由表中的目的IP地址来进行各子网或者内外网之间的寻址、转发、NAT转换和动态路由选择等操作。两者各司其职——交换机好比局域网里的“交通警察”，保证了各个站点之间的直接联系；路由器好比网络边界处的大门卫士，实现了各种子网之间的互联互通，并且可以进行一些安全防护措施。在实际应用当中，这两种设备经常一起使用以形成目前所见的各种复杂网络结构的基础框架。

不同层次的工作所采用的不同寻址方式

交换机完全按照OSI模型中第二层即数据链路层的规定来工作，所有的转发操作都是以MAC地址为中心进行的。它会监听每一个端口进入的数据帧的源MAC地址，并且会把“MAC地址-物理端口”之间的对应关系存储到一个动态的MAC地址表里；如果接收到的目标MAC已经存在于该表中的话，就只会在对应的输出端口上单播发送出去；如果没有找到相应的记录，则会把该数据帧广播给除了输入端口之外的所有其他端口。这个过程不需要去解析IP头部信息也不涉及到子网划分的问题，所以自然也就不能区分出192.168.1.0/24和10.0.0.0/8这两个不同的网络了。而路由器处于第三层也就是网络层的位置上，在处理完一个完整的IP数据包之后还要从中提取出目的IP地址并从本地路由表中查找是否有与此相匹配的目的网络前缀（比如0.0.0.0/0或者192.168.2.0/24等），一旦找到了合适的匹配项就会根据下一个目的地IP地址以及出口接口来进行重新封装后继续传输下去。整个过程中可以使用CIDR、VLSM以及各种动态路由协议来完成跨网段的数据交换任务。

第二部分主要的功能和典型的使用场景划分的原则

交换机的主要优点就是提高局域网内的通信效率：它可以隔绝冲突域，实现全双工无阻塞转发，在千兆端口之间传输时延一般小于5微秒，适合于办公室终端接入和服务器集群互连等高密度、低跨网需求的应用场合。路由器则起着网络边界的作用——它包含DHCP功能给内网设备自动分配IP地址，用PPPoe拨号方式获得宽带接入权限，并进行NAT转换使得多台设备共用一个公网上网，还可以设置ACL策略、QoS带宽控制以及VPN隧道。家庭用户把光纤猫桥接到路由器上之后再往下连接交换机以增加更多的有线接口，这就是典型的“路由器负责外网接入、交换机管理内网连接”的布置方式。

第三部分是性能结构和硬件实现的主要不同之处

交换机一般使用ASIC专用芯片来实现硬件级别的线速转发，在纳秒级别内就可以完成所有的MAC查找和转发操作，背板带宽可以达到几十Tbps以上，但是没有通用计算能力，不能执行复杂的协议栈；而路由器则依靠MPU或者NP来进行工作，虽然转发速度比交换机慢一些（尤其是在开启了NAT、防火墙以及深度包检测之后），但是拥有完整的TCP/IP协议栈，并且能够支持BGP、OSPF等动态路由算法以及IPv6双栈模式。因此三层交换机虽然可以做到VLAN间的路由转发，但是它的NAT吞吐量一般只有几百Mbps左右，并且远远小于企业级路由器能达到的千兆甚至吉比特级别的NAT性能水平，所以互联网出口仍然需要专业的路由器来担任。

由此可见，交换机和路由器不是性能优劣的问题，而是一种定位互补、功能专一的两种基础设备。弄清楚它们的工作机制的不同之处之后才能合理地设计出网络结构图来防止因为把交换机当作路由器使用而导致不能上网的情况或者由于用路由器堆叠代替了交换机造成性能问题。