什么是路由器、交换机、三层交换机，他们各自的工作原理是什么？他们之间有什么区别？

网络中设备发展过程：

1、要想使网络变大：增加节点（终端）、增加距离

1）距离---中继器（放大器）---仅物理加压---不能无限延长

2）节点---集线器（Hub）---将网线集结起来，实现最初级的网络互通，集线器通过网线直接传输数据的，是一层设备，只能识别比特流（物理层），收到任何数据都进行泛洪，数据不能同时接收和发送，CSMA/CD载波侦听多路访问/冲突避免机制，一有冲突就停止发送，传输效率不高

2、要想使网络变大---无限距离、无冲突、单播---交换机---MAC地址---洪泛---洪泛的范围---路由器---IP---ARP---广播---广播域（洪泛域）

一、路由器

1、概念：路由器运行在网络层，核心作用是实现不同网段间网络互连，分组数据转发

1）、路由（寻径）：路由表建立、刷新、查找

2）、子网间的速率适配（带宽大小适配）

3）、隔离网络，防止网络风暴，指定访问规则（防火墙）

4）、异种网络互连（例如：光电转换，无线转有线）

2、路由器工作原理：通过查询路由表，把数据从一条链路转发到另一条链路，转发时会变化二层封装

3、路由表：路由器中时刻维系着一张路由表，所有报文的发送和转发都通过查找路由表相应端口发送路由表可以是静态配置的，也可以是动态路由协议产生的，路由表包含：目的地址、网路掩码、输出接口、下一跳

 

二、交换机

1、概念：交换机根据网口地址传送信息，比集线器的网线直接传输多了一个步骤，它工作在二层（数据链路层）

2、交换机的基本功能：

1）基于源MAC学习（生成MAC条目/接口绑定）

2）基于目标MAC转发（查看MAC地址表）

3）防止环路

4）数据包过滤（基于目标MAC的过滤/如果转发的接口和接收的接口一样，就会丢弃数据包）

3、交换机的作用：

1）无限传输距离

2）没有冲突（所有节点可以同时收发数据/分段传输）

3）单播（当流量进入交换机后，先查看数据包中的源MAC地址，然后记录该MAC地址对应的本地接口，之后关注目标MAC，若表中存在记录将按照记录单播转发，若不存在将泛洪流量）

4、三层交换机概念：

本质上就是带有路由的交换机，路由属于OSI参考模型中的第三层网路层，因此带有路由功能的交换机才被称为“三层交换机”，三层交换机使用了三层交换技术，三层交换技术就是二层交换+三层转发技术，它解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络问题。

5、传统二层交换机处理方式：

存储转发：收到数据帧要校验完整性，转发完整数据，转发效率低

贯穿转发：收到数据只基于目标MAC转发，不基于源MAC学习，同样也不知道数据包是否完整

无分片：前两者兼容，仅看一个数据前64字节（有目标和源MAC地址）

6、传统多层交换机/路由处理方式：

进程转发：每一个数据包过来都要进行路由再转发（予操作、最长匹配、递归查找）

快速转发：基于缓存的信息进行转发

cef转发：基于拓扑的转发，无需路由，直接转发

7、三层交换和路由的区别：

三层交换机和路由器都可以工作在网络的第三层，根据IP地址进行数据包的转发/交换，原理无太大的区别，可以认为三层交换机就是一个多端口的路由器

8、交换机与路由器的区别：

1）工作所处的OSI层级不一样，交换机工作在OSI第二层数据链路层，路由器工作在OSI第三层网络层

2）寻址方式不同：交换机根据MAC地址寻址，路由器根据IP地址寻址

3）转发速度不同：交换机的转发速度快，路由器的转发速度慢

9、交换机与网桥的区别：都是二层交换的设备，都是基于MAC进行转发

1）端口密度不同：交换机是24、48不等，网桥是4、8、16，交换机端口密度大

2）处理方式不同：交换机基于硬件处理，网桥基于软件处理（CPU）

3）交换机的端口独立，互不影响，网桥端口转发是相通/共享的

10、交换机转发数据包的过程：

当PC向外发送数据包时，先查看目标IP地址，如果目标地址与本地在同一网段，使用ARP获取MAC地址，然后进行单播转发；如果目标地址与本地不在同一网段，需要将目标MAC标记为本地网关，然后流量进入路由器，路由器在查询路由表后，找到最佳路径，然后修改二层的MAC地址（源MAC地址为路由器，目标MAC为真正的目标），将流量转发到目标处；整个过程中所有交换机仅基于MAC地址转发即可