路由（routing）是指分組從源到目的地時，決定端到端路徑的網絡范圍的進程[1]??。路由工作在OSI參考模型第三層——網絡層的數據包轉發設備。路由器通過轉發數據包來實現網絡互連。雖然路由器可以支持多種協議（如TCP/IP、IPX/SPX、AppleTalk等協議），但是在我國絕大多數路由器運行TCP/IP協議。路由器通常連接兩個或多個由IP子網或點到點協議標識的邏輯端口，至少擁有1個物理端口。路由器根據收到數據包中的網絡層地址以及路由器內部維護的路由表決定輸出端口以及下一跳地址，并且重寫鏈路層數據包頭實現轉發數據包。路由器通過動態維護路由表來反映當前的網絡拓撲，并通過網絡上其他路由器交換路由和鏈路信息來維護路由表。

路由器是一種典型的網絡層設備。它在兩個局域網之間按幀傳輸數據，在OSI／RM之中被稱之為中介系統，完成網絡層責在兩個局域網的網絡層間按幀傳輸數據，轉發幀時需要改變幀中的地址。它在OSI／RM中的位置如圖1所示。

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一、原理與作用

路由器（Router）是用于連接多個邏輯上分開的網絡，所謂邏輯網絡是代表一個單獨的網絡或者一個子網。當數據從一個子網傳輸到另一個子網時，可通過路由器來完成。因此，路由器具有判斷網絡地址和選擇路徑的功能，它能在多網絡互聯環境中，建立靈活的連接，可用完全不同的數據分組和介質訪問方法連接各種子網，路由器只接受源站或其他路由器的信息，屬網絡層的一種互聯設備。它不關心各子網使用的硬件設備，但要求運行與網絡層協議相一致的軟件。路由器分本地路由器和遠程路由器是用業連接網絡傳輸介質的，如光纖、同軸電纜、雙絞線；遠程路由器是用業連接遠程傳輸介質，并要求相應的設備，如電話線要配調制解調器，無線要通過無線接收機、發射機。

一般說來，異種網絡互聯與多個子網互聯都應采用路由器來完成。

路由器的主要工作就是為經過路由器的每個數據幀尋找一條最佳傳輸路徑，并將該數據有效地傳送到目的站點。由此可見，選擇最佳路徑的策略即路由算法是路由器的關鍵所在。為了完成這項工作，在路由器中保存著各種傳輸路徑的相關數據――路徑表（RoutingTable），供路由選擇時使用。路徑表中保存著子網的標志信息、網上路由器的個數和下一個路由器的名字等內容。路徑表可以是由系統管理員固定設置好的，也可以由系統動態修改，可以由路由器自動調整，也可以由主機控制。

1．靜態路徑表

由系統管理員事先設置好固定的路徑表稱之為靜態（Static）路徑表，一般是在系統安裝時就根據網絡的配置情況預先設定的，它不會隨未來網絡結構的改變而改變。

2．支態路徑表

動態（Dynamic）路徑表是路由器根據網絡系統的運行情況而自動調整的路徑表。路由器根據路由選擇協議（RoutingProtocol）提供的功能，自動學習和記憶網絡運行情況，在需要時自動計算數據傳輸的最佳路徑。

二、路由器的優缺點

1．優點

適用于大規模的網絡；

復雜的網絡拓撲結構，負載共享和最優路徑；

能更好地處理多媒體；

安全性高；

隔離不需要的通信量；

節省局域網的頻寬；

減少主機負擔。

2．缺點

它不支持非路由協議；

安裝復雜；

價格高。

三、路由器的功能

（1）在網絡間載獲發送到遠地網段的報文，起轉發的作用。

（2）選擇最合理的路由，引導通信。為了實現這一功能，路由器要按照某種路由通信協議，查找路由表。路由表中列出整個互聯網絡中包含的各個節點，以及節點間的路徑情況和與它們相聯系的傳輸費用。如果到特定的節點有一條以上路徑，則基于預先確定的準則選擇最優（最經濟）的路徑。由于各種網絡段和其相互連接情況可能發生變化，因此路由情況的信息需要及時更新，這是由所使用的路由信息協議規定的定時更新或者按變化情況更新來完成。網絡中的每個路由器按照這一規則動態地更新它所保持的路由表，以便保持有效的路由信息。

（3）路由器在轉發報文的過程中，為了便于在網絡間傳送報文按照預定的規則把大的數據包分解成適當大小的數據包，到達目的地后再把分解的數據包包裝成原有形式。

（4）多協議的路由器可以連接使用不同通信協議的網絡段，作為不同通信協議網絡段通信連接的平臺。

（5）路由器的主要任務是把通信引導到目的地網絡，然后到達特定的節點站地址。后一個功能是通過網絡地址分解完成的。例如，把網絡地址部分的分配指定成網絡、子網和區域的一組節點，其余的用來指明子網中的特別站。分層尋址允許路由器對有很多個節站的網絡存儲導址信息。

在廣域網范圍內的路由器按其轉發報文的性能可以分為兩種類型，即中間節點路由器和邊界路由器。盡管在不斷改進的各種路由協議中，對這兩類路由器所使用的名稱可能有很大的差別，但所發揮的作用卻是一樣的。

中間節點路由器在網絡中傳輸時，提供報文的存儲和轉發。同時根據當前的路由表所保持的路由信息情況，選擇最好的路徑傳送報文。由多個互連的LAN組成的公司或企業網絡一側和外界廣域網相連接的路由器，就是這個企業網絡的連界路由器。它從外部廣域網收集向本企業網絡尋址的信息，轉發到企業網絡中有關的網絡段；另一方面集中企業網絡中各個LAN段向外部廣域網發送的報文，對相關的報文確定最好的傳輸路徑。

我們通過一個例子來說明路由器工作原理。

例：工作站A需要向工作站B傳送信息（并假定工作站B的IP地址為120．0.5），它們之間需要通過多個路由器的接力傳遞，路由器的分布如圖2所示。

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其工作原理如下：

（1）工作站A將工作站B的地址120.0.5連同數據信息以數據幀的形式發送給路由器1。

（2）路由器1收到工作站A的數據幀后，先從報頭中取出地址120.0.5，并根據路徑表計算出發往工作站B的最佳路徑：R1－R2－R5－B；并將數據幀發往路由器2。

（3）路由器2重復路由器1的工作，并將數據幀轉發給路由器5。

（4）路由器5同樣取出目的地址，發現120.0.5就在該路由器所連接的網段上，于是將該數據幀直接交給工作站B。

（5）工作站B收到工作站A的數據幀，一次通信過程宣告結束。

事實上，路由器除了這一功能外，還具有網絡流量控制功能。有的路由器僅支持單一協議，但大部分路由器可以支持多種協議的傳輸，即多協議路由器。由于每一種協議都有自己的規則，要在一個路由器中完成多種協議的算法，勢必會降低路由器的性能。因此，我們以為，支持多協議的路由器性能相對較低。用戶購買路由器時，需要根據自己的實際情況選擇自己需要的網絡協議的路由器。

近年來出現了交換路由器產品，從本質上來說它不是什么新技術，而是為了提高通信能力，把交換機的原理組合到路由器中，使數據傳輸能力更快、更好。

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交換（switching）是按照通信兩端傳輸信息的需要，用人工或設備自動完成的方法，把要傳輸的信息送到符合要求的相應路由上的技術的統稱。交換機根據工作位置的不同，可以分為廣域網交換機和局域網交換機。廣域的交換機（switch）就是一種在通信系統中完成信息交換功能的設備，它應用在數據鏈路層。交換機有多個端口，每個端口都具有橋接功能，可以連接一個局域網或一臺高性能服務器或工作站。實際上，交換機有時被稱為多端口網橋。[1]? 在計算機網絡系統中，交換概念的提出改進了共享工作模式。而HUB集線器就是一種物理層共享設備，HUB本身不能識別MAC 地址和IP地址，當同一局域網內的A主機給B主機傳輸數據時，數據包在以HUB為架構的網絡上是以廣播方式傳輸的，由每一臺終端通過驗證數據報頭的MAC地址來確定是否接收。也就是說，在這種工作方式下，同一時刻網絡上只能傳輸一組數據幀的通訊，如果發生碰撞還得重試。這種方式就是共享網絡帶寬。通俗的說，普通交換機是不帶管理功能的，一根進線，其他接口接到電腦上就可以了。[1]? 在今天，交換機以更多的卻是以應用需求為導向，在選擇方案和產品時用戶還非常關心如何有效保證投資收益。在用戶提出需求后，由系統集成商或廠商來為其需求來提供相應的服務，然后再去選擇相應的技術。這點是在網絡方面表現尤其明顯，廣大用戶，不論是重點行業用戶還是一般的企業用戶，在應用IT技術方面更加明智，也更加穩健。此外，寬帶的廣泛應用、大容量視頻文件的不斷涌現等等都對網絡傳輸的中樞--交換機的性能提出了新的要求。[1]? 據《2013-2018年中國交換機市場競爭格局及投資前景評估報告》中顯示：隨著網絡的發展從技術驅動應用，轉為從應用選擇技術；網絡的融合也從理論走向實踐；網絡的安全越來越受到重視。而交換網絡的智能化提供了解決這些問題的方法。網絡將在綜合應用、速度和覆蓋范圍等方面繼續發展。

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交換機工作于OSI參考模型的第二層，即數據鏈路層。交換機內部的CPU會在每個端口成功連接時，通過將MAC地址和端口對應，形成一張MAC表。在今后的通訊中，發往該MAC地址的數據包將僅送往其對應的端口，而不是所有的端口。因此，交換機可用于劃分數據鏈路層廣播，即沖突域；但它不能劃分網絡層廣播，即廣播域 交換機擁有一條很高帶寬的背部總線和內部交換矩陣。交換機的所有的端口都掛接在這條背部總線上，控制電路收到數據包以后，處理端口會查找內存中的地址對照表以確定目的MAC（網卡的硬件地址）的NIC（網卡）掛接在哪個端口上，通過內部交換矩陣迅速將數據包傳送到目的端口，目的MAC若不存在，廣播到所有的端口，接收端口回應后交換機會“學習”新的MAC地址，并把它添加入內部MAC地址表中。使用交換機也可以把網絡“分段”，通過對照IP地址表，交換機只允許必要的網絡流量通過交換機。通過交換機的過濾和轉發，可以有效的減少沖突域，但它不能劃分網絡層廣播，即廣播域。

端口

交換機在同一時刻可進行多個端口對之間的數據傳輸。每一端口都可視為獨立的物理網段（注：非IP網段），連接在其上的網絡設備獨自享有全部的帶寬，無須同其他設備競爭使用。當節點A向節點D發送數據時，節點B可同時向節點C發送數據，而且這兩個傳輸都享有網絡的全部帶寬，都有著自己的虛擬連接。假使這里使用的是10Mbps的以太網交換機，那么該交換機這時的總流通量就等于2×10Mbps=20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB時，一個HUB的總流通量也不會超出10Mbps。總之，交換機是一種基于MAC地址識別，能完成封裝轉發數據幀功能的網絡設備。交換機可以“學習”MAC地址，并把其存放在內部地址表中，通過在數據幀的始發者和目標接收者之間建立臨時的交換路徑，使數據幀直接由源地址到達目的地址。

傳輸

交換機的傳輸模式有全雙工，半雙工，全雙工/半雙工自適應 交換機的全雙工是指交換機在發送數據的同時也能夠接收數據，兩者同步進行，這好像我們平時打電話一樣，說話的同時也能夠聽到對方的聲音。交換機都支持全雙工。全雙工的好處在于遲延小，速度快。 提到全雙工，就不能不提與之密切對應的另一個概念，那就是“半雙工”，所謂半雙工就是指一個時間段內只有一個動作發生，舉個簡單例子，一條窄窄的馬路，同時只能有一輛車通過，當有兩輛車對開，這種情況下就只能一輛先過，等到頭兒后另一輛再開，這個例子就形象的說明了半雙工的原理。早期的對講機、以及早期集線器等設備都是實行半雙工的產品。隨著技術的不斷進步，半雙工會逐漸退出歷史舞臺

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轉載于:https://www.cnblogs.com/zhanglong68/p/6528880.html

總結

以上是生活随笔為你收集整理的路由器原理及作用以及交换机的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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