題外話

??本文實(shí)非大佬們的科普著作，而是犬余學(xué)習(xí)過程中的筆記略作潤色，內(nèi)容如有錯(cuò)誤或不當(dāng)之處，歡迎指正。
??再此也小推一下本人的公眾號(hào)，記錄一下學(xué)習(xí)過程，立個(gè)flag：堅(jiān)持學(xué)習(xí)，每周一更，歡迎監(jiān)督~

引言：

??在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院头€(wěn)定性是至關(guān)重要的。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們需要依賴一些特定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如交換機(jī)和路由器。這兩種設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)傳輸中起著不可或缺的作用，但它們之間有何區(qū)別？這便是今天要探討的內(nèi)容。

先說結(jié)論：

1. 交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層，通過MAC地址進(jìn)行尋址，而路由器則工作在網(wǎng)絡(luò)層，通過IP地址進(jìn)行尋址；

2. 交換機(jī)主要用于局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸，無法實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。相比之下，路由器則可以在不同的網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；

3. 路由器和交換機(jī)都能實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的搭建，但交換機(jī)效率更高，更簡單，相對(duì)來說也更便宜；

4. 交換機(jī)還具有通過VLAN技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬局域網(wǎng)劃分的能力。雖然部分路由器也能實(shí)現(xiàn)這一功能，但在操作簡便性上，交換機(jī)通常更具優(yōu)勢(shì)。

再看細(xì)節(jié)：

??要理清楚路由器和交換機(jī)的區(qū)別，需要先從網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)入手，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有三種劃分方式：OSI七層模型、TCP/IP四層模型、以及折中的TCP/IP五層模型

? ?這三種模型的細(xì)節(jié)這里不做深究，這里以五層模型為例，我們需要略作了解的是五層模型中的網(wǎng)絡(luò)層以及數(shù)據(jù)鏈路層：
??網(wǎng)絡(luò)層主要負(fù)責(zé)連接多個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)IP協(xié)議將上層交付的數(shù)據(jù)封裝成IP報(bào)文，然后通過一定的算法進(jìn)行路由的選擇，將報(bào)文分組轉(zhuǎn)發(fā)出去，達(dá)成在不同網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)的目的；
??而數(shù)據(jù)鏈路層主要是提供具體的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)的，根據(jù)HDLC協(xié)議或PPP協(xié)議等其他數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議，將網(wǎng)絡(luò)層傳輸過來的數(shù)據(jù)報(bào)文封裝成數(shù)據(jù)幀，按照MAC地址將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給具體的設(shè)備。
??簡單了解了網(wǎng)絡(luò)層和數(shù)據(jù)鏈路層的功能之后，路由器和交換機(jī)的區(qū)別就很好理解了：
??路由器工作在五層網(wǎng)絡(luò)模型中的網(wǎng)絡(luò)層，是一種較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備， 作為網(wǎng)絡(luò)層的中繼系統(tǒng)，它不僅實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)層需要的全部功能，由于強(qiáng)大的功能和復(fù)雜的處理過程，其性能通常也比交換機(jī)更強(qiáng)，但相應(yīng)的，一般情況下路由器的價(jià)格相對(duì)也會(huì)比交換機(jī)更貴一些；
??交換機(jī)則工作在上述的數(shù)據(jù)鏈路層，除了根據(jù)各種數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議和數(shù)據(jù)幀中的MAC地址在局域網(wǎng)內(nèi)尋址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)之外，交換機(jī)還可以通過VLAN技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬局域網(wǎng)的劃分。并且由于交換機(jī)只需處理MAC地址，其處理速度通常比路由器更快。
??總的來講，交換機(jī)和路由器在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中各有其獨(dú)特的作用和優(yōu)勢(shì)。交換機(jī)主要用于提供高效的數(shù)據(jù)傳輸，而路由器則用于實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)之間的通信。

繼續(xù)擴(kuò)展：

交換機(jī)如何根據(jù)MAC地址將數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)給特定的機(jī)器：

? ? 交換機(jī)內(nèi)部維護(hù)著一張幀交換表，這張表記錄了MAC地址與對(duì)應(yīng)的交換機(jī)接口。例如，當(dāng)交換機(jī)收到目的地址為A的數(shù)據(jù)幀時(shí)，它會(huì)在幀交換表中找到對(duì)應(yīng)的接口1，并通過此接口發(fā)送數(shù)據(jù)幀，從而完成基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)發(fā)送過程。那么，這張幀交換表是如何維護(hù)的呢？交換機(jī)又是如何知道A地址連接的是1端口呢？這就涉及到交換機(jī)的自學(xué)習(xí)功能：

??如圖，有四臺(tái)設(shè)備ABCD分別連接交換機(jī)的1234四個(gè)接口，且交換機(jī)內(nèi)部的幀交換表為空。此時(shí)，設(shè)備A要將數(shù)據(jù)幀發(fā)送給設(shè)備B。交換機(jī)收到的數(shù)據(jù)幀的來源MAC為A，目的MAC為B。交換機(jī)會(huì)將收到數(shù)據(jù)的1接口和來源MAC關(guān)聯(lián)存儲(chǔ)到幀交換表中（A->1）。由于幀交換表內(nèi)沒有記錄B對(duì)應(yīng)哪個(gè)接口，交換機(jī)會(huì)將數(shù)據(jù)幀廣播給所有接口。設(shè)備C和設(shè)備D收到數(shù)據(jù)后，由于目的MAC地址不是自己的MAC地址，所以不會(huì)處理收到的數(shù)據(jù)。設(shè)備B收到數(shù)據(jù)后，確認(rèn)數(shù)據(jù)是發(fā)給自己的，若B此時(shí)對(duì)A做出了響應(yīng)，即B又向A發(fā)送了數(shù)據(jù)幀，此時(shí)響應(yīng)幀的來源MAC地址為B，目的MAC地址為A。交換機(jī)收到響應(yīng)幀后，就會(huì)將（B->2）記錄到幀交換表中。而由于響應(yīng)幀的目的MAC地址A已經(jīng)存在于幀交換表中（A->1），交換機(jī)直接將響應(yīng)幀發(fā)送到1接口。經(jīng)過一輪數(shù)據(jù)的發(fā)送，交換機(jī)內(nèi)部的幀交換表便記錄下了A和B的MAC地址以及其對(duì)應(yīng)的接口1和2。
?? 需要注意的是，每臺(tái)設(shè)備的MAC地址與交換機(jī)接口的關(guān)系并不是永久的（每個(gè)接口連接的設(shè)備都有可能被更換），因此幀交換表中的每條記錄都有自己的有效時(shí)間，到期后記錄會(huì)自動(dòng)刪除。

路由器如何根據(jù)IP地址將數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給特定的網(wǎng)絡(luò)：

??在網(wǎng)絡(luò)通信中，主機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸需要遵循特定的規(guī)則和流程。以兩臺(tái)主機(jī)A和B為例，我們來探討它們?nèi)绾芜M(jìn)行數(shù)據(jù)交換。
??首先，主機(jī)A的IP地址為192.168.0.84，子網(wǎng)掩碼為255.255.255.0。主機(jī)B的IP地址為192.168.2.54，子網(wǎng)掩碼同樣為255.255.255.0。當(dāng)主機(jī)A想要發(fā)送數(shù)據(jù)給主機(jī)B時(shí)，它首先需要確定目標(biāo)主機(jī)是否位于同一網(wǎng)絡(luò)中。
??通過對(duì)IP地址和子網(wǎng)掩碼進(jìn)行按位與(AND)運(yùn)算，主機(jī)A得到自己的網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.0.0，而對(duì)主機(jī)B的IP地址進(jìn)行同樣的運(yùn)算后得到的網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.2.0。由于這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)地址不相同，我們可以判斷出A和B不處于同一網(wǎng)絡(luò)。在這種情況下，主機(jī)A無法直接將數(shù)據(jù)發(fā)送給B。它需要通過默認(rèn)網(wǎng)關(guān)來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。主機(jī)A會(huì)將數(shù)據(jù)包發(fā)送給路由器R，路由器R在收到數(shù)據(jù)包后，會(huì)首先檢查數(shù)據(jù)包首部是否有錯(cuò)誤。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，路由器將丟棄該數(shù)據(jù)包并通知源主機(jī)A。如果數(shù)據(jù)包首部沒有錯(cuò)誤，路由器則會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)包中的目的IP地址，在其路由表中查找匹配的路由記錄。若找到匹配路由，則轉(zhuǎn)發(fā)給對(duì)應(yīng)路由的下一跳地址，若找不到，則直接丟棄該數(shù)據(jù)報(bào)并通知源主機(jī)。
??路由表是路由器用來決定數(shù)據(jù)包如何傳輸?shù)侥康牡氐年P(guān)鍵信息集合。在Linux系統(tǒng)中，我們可以通過route -n命令查看主機(jī)維護(hù)的路由表：

??這里我們主要關(guān)注的是第一列目的網(wǎng)絡(luò)地址，第二列網(wǎng)關(guān)以及第三列子網(wǎng)掩碼；
??例如當(dāng)我們需要向IP地址為192.168.122.25的主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)將這個(gè)IP地址與路由表中每條記錄的子網(wǎng)掩碼進(jìn)行按位與運(yùn)算。通過比較運(yùn)算結(jié)果和記錄中的網(wǎng)絡(luò)地址，命中網(wǎng)絡(luò)地址為192.168.122.0的記錄，數(shù)據(jù)就會(huì)被發(fā)送到該記錄對(duì)應(yīng)的網(wǎng)關(guān)。值得注意的是，如上圖該記錄的網(wǎng)關(guān)地址為0.0.0.0，這表示目的地址與當(dāng)前主機(jī)的virbr0網(wǎng)卡（上圖的最后一列）處于同一網(wǎng)絡(luò)，因此數(shù)據(jù)包可以直接在內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中傳輸，無需經(jīng)過其他網(wǎng)絡(luò)：

??此外，路由表中還存在一條特殊的記錄，即目的網(wǎng)絡(luò)地址為0.0.0.0的記錄：

??這條記錄被稱為默認(rèn)路由。當(dāng)所有其他記錄都無法與目標(biāo)IP地址匹配時(shí)，數(shù)據(jù)包會(huì)與默認(rèn)路由匹配。由于任何IP地址與子網(wǎng)掩碼0.0.0.0進(jìn)行按位與運(yùn)算后都會(huì)得到0.0.0.0，這就確保了數(shù)據(jù)包能夠匹配到默認(rèn)路由。在這種情況下，數(shù)據(jù)包會(huì)被發(fā)送到默認(rèn)路由指定的網(wǎng)關(guān)，例如192.168.153.2，這個(gè)網(wǎng)關(guān)地址就是我們的默認(rèn)網(wǎng)關(guān)。
??通過上述流程，主機(jī)A和B即使不在同一網(wǎng)絡(luò)中，也能夠通過路由器R和路由表中的信息實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效傳輸。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-830637.html

到了這里，關(guān)于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)|交換機(jī)與路由器的差異的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！