局域网中三层交换机替换路由器的可行性分析

摘要：在局域网中的网间访问的过程中单纯的使用路由器会使网间的数据传送速率降低，鉴于路由器的端口数量有限，路由速度比较慢，现在多选用三层交换机来实现局域网的网间访问。因为三层交换机具有很强的连接大型网络的能力，其功能上也基本可以取代传统的路由器。该文通过子网连接，网络骨干，可扩充性，性价比等几个方面将三层交换机与路由器做比较，分别指出各自的优缺点，为局域网搭建提出了选择建议。

关键词：三层交换机；路由器；替换；比较

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）13-0076-02

三层交换机和路由器在局域网中都是非常重要的设备，其中，三层交换机同时具备了路由器的部分功能和二层交换机的数据交换速度。这样一来三层交换机就改变了局域网的容量和传送速度的限制，路由器在局域网中的作用也是很重要的，但是随着三层交换机的不断改进与完善，路由器的地位也慢慢被三层交换机取代。局域网中三层交换机替换路由器以成为一种发展趋势，在网络互联中的应用也越来越广泛。

1 局域网中三层交换机的概念及工作原理

三层交换机是利用本身具备的路由器的一部分功能，来实现一次路由完成多次转发，加快了大型局域网内的数据交换的速度。三层交换机的硬件是负责数据包的转发规律，软件则是实现路由表的维护、路由的信息的更新、路由的计算等功能。三层交换机是把二层交换技术与三层转发技术结合在一起，而只是在局域网的交换机上简单的加上路由器的硬件。两者的有效结合提高了数据包的转发速度，在实现网络的路由功能时，也可以优化网络的性能。

三层交换机的工作原理是，假如利用三层交换机通信的使用IP协议的两个站点，其中的发送站点在开始发送之前，需要先判断目的站点与自己的地址是不是在一个子网中，如果目的站点与发送站点的地址在一个子网中，就可以直接通过二层完成转发，反之，如果两者不在一个子网中，发送站点就必须先向三层交换模块广播一个请求，在三层交换机知道目的站点的IP地址的前提下，可以直接向发送站点反映目的站点的地址；如果三层交换模块不知道目的站点的IP地址，就要通过路由信息向目的站点广播一个请求，在得到目的站点的回复后，把目的站点的地址反映给发送站点，而且三层交换模块还会保存这个地址，也就是以后的通信速度就会大大提高。

2 局域网中路由器的概念及工作原理

路由器是用于连接多个分开的网络，也就是对多个网络或者是子网进行连接。路由器的路由功能可以实现数据在子网间的传送，它能在多个网络互联的环境下，对各个网络进行灵活的连接。

路由器的基本工作主要就是判断到达目的站点的最佳途径和局域网内数据的转发，其中判断到达目的站点的最佳途径的实现是依靠于路由器的路由选择算法功能。路由器为了判断最佳途径，在选择算法时就需要启动路由表，路由表具有一定的路由信息，可以根据路由选择算法收集到的路由信息把目的网络和下一站点的信息反映给路由器。路由器根据路由信息可以决定到达目的地的最佳途径。

局域网内的数据转发就是沿着已经确定的最佳途径来实现实心分组的传送工作。路由器在实现数据转发时，第一步要做的就是在路由表中查找路由信息，然后根据路由信息判断怎么把分组传送到目的站点，如果出现路由器不能确定的情况，就会丢弃该分组；如果确定了怎样传送分组就根据路由表中的相应信息，把分组直接传送到目的站点。如果路由器是与目的网络直接连接的，这时路由器就能把分组直接传送到目的网络的相应的端口上。

3 局域网中三层交换机与路由器的对比

3.1 子网连接

如果在同一局域网上的计算机数量过多时就会造成网络传送的效率因为网络上大量的广播而降低。为了避免这一问题的发生，可以把大型交换机划分成多个虚拟网，但是这样一来，各局域网之间的通信就必须要依靠路由器来完成。路由器属于多端口设备，可以采用不同的协议连接不同传输速率和运行环境的广域网和局域网。但是传统的路由器的路由能力比较弱，而局域网的网络流量又比较大，所以传统的路由器不能很好地完成各虚拟网间的通信任务。使用三层交换机中的千兆或百兆端口就可以很容易的完成不同子网或者是虚拟网的连接，因为千兆路由器的价格是非常昂贵的，这样一来不仅能够保持性能，改变子网划分后必须限制于依靠路由器连接通信的局面，还能节约网络连接的成本。

传统的路由器提供的接口类型是非常丰富的，而且每种类型的接口所对应的封装类型、最大接收单元和最大传输单元是不相同的，这些性能会降低路由器的转发效率。三层交换机是由二层交换机遵循为局域网服务的思想发展而来的，没有引入过多的接口类型，只提供了与局域网相关的接口，像ATM局域网仿真接口、以太网接口等比较单一的接口，这样就能有效的避免在多种接口类型的路由器使用时所遇到的问题。三层交换机一般会采用以太网接口，这样一来各接口就不会产生冲突，最大传输单元的问题也能避免了。单一的接口类型还能加快局域网内数据的传送速度，提高传送效率。

3.2 网络骨干

三层交换机在校园网和城域教育网的骨干网、城域网骨干等的作用是非常重要的。在核心骨干网中如果没有采用三层交换机，就会使整个网络中的计算机只存在于一个子网中，这样对网络来说是没有安全性的，而且还会因为使广播域无法进行分割，而造成局域网的网络上出现的大量广播没有办法隔离，降低局域网内网络数据传送效率。

虽然传统的路由器能够对广播进行隔离，但是却不能保障其性能，三层交换机同时具备二层交换的网络速度和三层的路由功能，其性能是非常高的。三层交换机的通信过程大部分是靠二层交换来完成的其交换速度是非常快的，数据包的转发效率也会提高。三层交换机优化的路由软件相对于传统的路由器的路由速度有了很大的提高。因为传统的路由器连接的都是一个逻辑子网，现在使用三层交换机实现网络设计，就可以对子网或者虚拟网进行任意的划分，也可以通过三层路由功能实现各子网间的通信。

3.3 可扩充性

传统的路由器对接入数量有一定的限制，一般会采用多台路由器来实现多端口的需求。相对来说，三层交换机就不存在接入数量的限制，它在连接多个子网时，只是通过第三层交换模块与子网建立连接，还可以通过二层虚拟网的交换机作为扩充，这样就能是接入数量是没有限制的。这在一定程度上保障了用户对局域网的投资，满足了局域网的网络快速增长的需求。

3.4 性价比

三层交换机的价格随着其自身的不断完善也在不断地下调，一台百兆的三层交换机的价格与较为高端的二层交换机的价格相接近只有几万元，但是三层交换机却拥有连接大型网络系统的能力，而且三层交换机基本上可以取代传统的路由器。也可以说中小型企业中可以把三层交换机作为企业网络的核心使用，还能在大型企业中作为交换机使用。

在大型企业中，其网络的一般结构就是企业的多个部门的网络接入一个由高性能的交换机组成的网络中心，对于下属部门来说想要采用投入成本低又能保证较高的性能，这时采用三层交换机就是最好的选择，而且一台高端的交换机也只需要几十万，相对于路由器来说三层交换机整体性能比较好，价格也比较低，非常适合数据交换比较频繁的局域网中。虽然现在路由器的路由功能比较强大，但是它的数据包转发的效率却远远不如三层交换机，对于一个小型的局域网来说仅仅使用二层交换机和路由器就能实现网络的需求了，但是大型的局域网需要的路由器和二层交换机数量是比较多的，所以大型局域网采用三层交换机是非常有必要的。

除了以上几个方面，三层交换机和路由器在使用场所上及数据处理的方式也存在着差异，这些差异也决定着三层交换机替代路由器是否可行。三层交换机的路由功能比较简单，路由途径相对于路由器来说也没有那么复杂，三层交换机的主要目的是加快数据交换的速度，满足在局域网内数据交换比较频繁的的要求。路由器则是为了满足不同种类的网络连接，它的路由功能主要是在不同种类的网络之间的连接上体现的，其主要目的就是路由转发，所以它的路由功能比三层交换机的要高。相对于局域网来说，其数据传送比较频繁，利用三层交换机会加快数据的传送效率。

路由器一般是在微处理器的软件路由的前提下进行数据交换的，三层交换机则是通过硬件来进行数据交换的。路由器的路由功能比较强大，这时三层交换机不能完全取代路由器的一个重要原因。三层交换机避免了路由器进行路由选择时造成的网络时间的延迟，提高了局域网内数据的传送效率，而且三层交换机的路由查找是利用缓存技术针对数据流而言的，现代技术很容易能实现，这样一来，不仅能实现数据的快速转发，还能节约很大成本。路由器的转发是利用最长匹配的方法实现的，这种方法的实现过程非常复杂，数据转发的效率比较低。而且三层交换机的数据处理能力比路由器高出很多，所以可以用三层交换机替换路由器实现同一局域网中的各个子网的相连，但是这时局域网必须通过与公网相连才能实现跨地域性的网络，也就是说路由器在局域网中还是不能缺少的。使用路由器把网络划分成多个虚拟网或子网，能通过其自身的功能有效的进行安全控制，避免出现通信混乱的现象。

4 局域网中三层交换机替换路由器的可行性

随着网络的使用越来越普遍，单纯地使用路由器来实现网络间的通信存在着一定的弊端，因为路由器的端口数量十分有限，路由速度也比较慢，对网络的规模和通信有一定的限制。三层交换机就是在这种背景下出现的，三层交换机的接口类型相对于路由器来说是比较简单，同时三层交换机还具备二层交换机的数据处理功能，这就使得三层交换机非常适合于大型局域网内的数据的路由与交换。三层交换机同时具备了传统路由器的部分功能和二层交换的速度，而且价格相比于路由器的使用是比较便宜的。

在城域教育网、校园网和企业网中，三层交换机一般是用在网络的核心层以连接不同的子网或者是虚拟网。三层交换机的最大的优点就是局域网内的数据交换速度比较快，这也是它最重要的目的，所以它所具备的路由功能比专业的路由器的要弱一些，所以三层交换机还不能完全取代交换机。

通过三层交换机和路由器的各方面的对比，不难发现三层交换机是现在局域网中的最佳的选择。虽然三层交换机还不能完全取代路由器，但是三层交换机的整体性能及在局域网中的适用性都比路由器要高，所以结合各方面的因素，可以看出在局域网中用三层交换机替换路由器是十分可行的。

5 结束语

通过对三层交换机和路由器的子网连接，网络骨干，可扩充性，性价比、使用场所和数据处理等几个方面进行对比，可以发现三层交换机的整体性能已经超过了路由器，其在局域网中的应用节省了资金的投入，保障了网络通信的安全。可以说局域网中用三层交换机来替代路由器是可行的，而且随着科学技术的发展，三层交换机很有可能会完全取代路由器。

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