Ⅰ 2017年計算機三級《網路技術》:第五章重點
2017年計算機三級《網路技術》:第五章重點
第五章 Internet基礎
本單元概覽
一、Internet的構成。
二、Internet的接入。
三、IP協議與互聯層服務。
四、IP地址。
五、IP數據報。
六、路由器與路由選擇。
七、差錯與控制報文
八、TCP與UDP
九、IPV6
一、Internet的構成
從設計者角度看：Internet是計算機互聯網實例;從使用者角度看：Internet是一個信息資源網。
主要有4部分組成：通信線路、路由器、伺服器與客戶機、信息資源。
(1)通信線路：Internet的基礎設施，包括有線線路和無線線路
(2)路由器：網路互聯的橋梁，具有定址功能。主要任務是數據從一個網路到另一個網路時，路由器為它選擇最佳路由。
(3)伺服器與客戶機：是信息資源和服務的載體。所有連接在Internet上的計算機統稱為主機。
(4)信息資源：信息資源是用戶最關注的問題之一。用戶方便、快捷獲取資源一直是Internet的研究方向。
二、Internet的接入
1、通過電話網接入
接入Internet的方法有很多種，但必須藉助ISP將自己的計算機接入Internet。
電話已經普及到家家戶戶，傳輸的音頻信號，計算機傳輸數字信號，需要數據機連接。一條電話線只能支持一個用戶接入。
數據機的功能是數字信號與模擬信號的相互轉換。
調制：數字信號轉換成模擬信號
解調：模擬信號轉換為數字信號
電話線的傳輸效率比較低。速率最快為56Kbps。
2、利用ADSL(非對稱數字用戶線路)接入
ADSL實現普通電話線路上進行高速的數據傳輸，利用ADSL數據機，分為上行和下行兩個通道。下行通道的數據傳輸速率遠遠大於上行的數據傳輸速率(非對稱)。
上行速率：16～640kbps;下行速率為1.5～9Mbps。
ADSL數據機不但具有調制解調功能，還具有網橋和路由的功能。
3、使用HFC(混合光纖/同軸電纜)接入
除了電話線上網外，還有有線電視網。對有線電視網改造升級，信號首先通過光纖傳輸到光纖結點，再通過同軸電纜到有線電視用戶，即HFC(混合光纖/同軸電纜)。
HFC採用非對稱數據傳輸速率。上行速率：10Mbps左右。下行速率：10～40Mbps。
4、通過數據通信線路接入
要想獲得更好性能，可選數據通信線路。種類有：DDN，ATM,幀中繼等，用戶可以租用。
一台計算機、區域網用戶可利用數據通信網藉助ISP的接入Internet。
三、IP協議與互聯層服務
1、IP互聯網的工作原理
Internet是將提供不同服務的、使用不同技術的、具有不同功能的網路互聯起來形成的。
TCP/IP協議是一個協議集，它對網際網路中主機定址方式、主機命名機制、信息的傳輸規則以及各種服務功能做了詳細的約定。
IP協議運行在互聯層，屏蔽各種物理網路的細節和差異，是網路層向上提供統一的服務，不要求下層使用相同的物理網路。
IP協議精確定義了IP數據報格式，並且對數據定址和路由、數據報分片和重組、差錯控制和處理等作出了具體規定。
工作原理：假設主機A發送數據到主機B。主機A的應用層形成的數據經傳輸層送互聯層處理;互聯層將數據封裝成IP數據報，並決定發送給最近的路由器;主機A把IP數據報利用乙太網控制傳送到路由器;經由路由器對數據報進行拆封和處理;如果仍需傳輸，再封裝後利用互聯層的廣域網控製程序傳輸;經由通信子網傳輸的到主機B。
2、互聯層服務
提供的服務有3鍾：不可靠的數據投遞服務、面向無連接的傳輸服務、盡最大努力投遞服務。
不可靠的數據投遞服務：IP不能證實發送的報文是否被正確接收。即不能保證數據報的可靠傳遞。
面向無連接的傳輸服務：從源結點到目的結點的數據報可能經過不同的傳輸路徑，而且在傳輸過程中數據報有可能丟失，也有可能正確到達。
盡最大努力投遞服務：IP數據報雖面向非連接的不可靠服務，但IP並不隨意丟棄數據報。只有系統資源用盡，接收數據錯誤或網路發生故障時，IP才被迫丟棄報文。
3、IP互聯網的特點：
屏蔽了低層物理網路差異和細節，為用戶提供通用的、一致的網路服務。IP互聯網是一個單一的虛擬網路。
不指定網路互連的拓撲結構，不要求網路之間全互聯。一個網路只要通過路由器與IP互聯網中任意一個網路相連，就具有訪問整個互聯網的能力。
能在物理網路之間轉發數據，信息可以跨網傳輸。
網路中計算機使用統一的、全局的地址描述法。
IP互聯網平等對待互聯網中的每一個網路。
四、IP地址
1、IP地址的作用
乙太網中利用MAC地址(物理地址)標識網路中的一個結點，兩個乙太網結點需要知道對方的MAC地址才能通信。
乙太網不是唯一的網路，各種網路技術互不相同，讓它們之間通信是需要解決的問題。
在互聯層將各種物理網路地址統一。
屏蔽各種物理地址的差異，使用IP協議規定的地址(IP地址)。IP地址由管理機構統一管理和分配，保證在網路中的每台計算機不會產生沖突。
IP地址的作用是標識網路連接。(嚴格地說，IP地址指定的不是一台計算機，而是計算機到一個網路的連接，例如一台計算機有塊網卡，有兩條連接，有兩個IP地址;或多個IP地址綁定在一條物理連接上)
2、IP地址的層次結構
IP地址有兩層：網路號和主機號。
網路號：標識互聯網中一個特定的網路;而主機號標識該網路中主機的一個特定連接。
IP地址含有主機的信息和網路的地址信息，所以主機從一個網路移動到另一個網路時，IP地址必須重新分配，否則不能與其他計算機通信。
3、IP地址分類
IP地址32位(物理地址48位)，為適應不同的網路規模，將IP地址分成5類：A、B、C、D、E
A類地址的前一個位元組表示網路號，後三個位元組表示主機號。且最前端1個二進制位固定是「0」。表示的地址范圍是從1.0.0.0～126.255.255.255。A類地址允許有27―2=126個網路(網路地址的0和127保留用於特殊目的)，每個網路有224―2=16777214個主機。
B類地址的前兩個位元組表示網路號，後兩個位元組表示主機號。且最前端的2個二進制位固定是「10」。表示的地址范圍是從128.0.0.0～191.255.255.255。B類地址允許有214=16384個網路，每個網路有216―2=65534個主機。
C類地址的前三個位元組表示網路號，後一個位元組表示主機號。且最前端的3個二進制位是「110」。表示的地址范圍是從192.0.0.0～223.255.255.255。C類地址允許有221=2097152個網路，每個網路有28―2=254個主機。
4、IP地址的直觀表示法：IP地址是32位二進制數字，便於記憶採用點分十進制標記法。每個數值小於255,中間用」.」間隔開。
5、特殊的IP地址形式
網路地址：包含了一個有效的網路號和一個全0的主機號。例如A類地址中113.0.0.0表示該網路的地址。
廣播地址：IP地址以全1結尾，分為兩種形式：直接廣播和有限廣播。
直接廣播：廣播地址包含有效網路號和全1的主機號。
有限廣播：32位全1的地址，用於本網廣播。
回送地址：A類網路中127.0.0.0是一個保留地址，用於網路軟體測試以及本地機器進程間通信。
本地地址：用戶在本地內部網路中使用的地址，如果與Internet連接，必須將本地地址轉換為 Internet的IP地址。例：10.***.***.***或192.168.***.***
6、子網編址
為克服IP地址的浪費，可以採用子網編址的方法。
(1)子網編址的方法
在IP地址的網路號部分不變的情況下，在網路的主機號部分中「借」位表示子網號部分。
每個子網中允許的連接的主機的台數相應減少。
(2)子網表示法
如何識別網路號，子網號，和主機號，通過子網掩碼實現。
子網掩碼也是32位二進制數字，在子網掩碼中對於網路號和子網部分全部用1表示，其它部分用0表示。
通過子網掩碼與IP地址的按位求與，屏蔽掉主機位，得到子網號。子網掩碼作用是區分網路上的主機是否在同一網路區段內。
例如：B類地址128.22.25.6 如果子網掩碼為255.255.240.0，按位求與後，確定的子網號為1
7、地址解析協議(ARP)
IP地址屏蔽了物理網路地址的差異，但不會對物理地址做任何修改。
高層軟體指定源地址與目的地址，低層的物理網路則通過物理地址來發送和接收信息。
是以乙太網經常使用的映射方法，它充分利用了乙太網的廣播能力，將IP地址與物理地址進行動態綁定。
ARP協議主要負責將主機的邏輯地址(IP地址)轉換為相應的物理網路地址。這樣用戶只需給出目的主機的IP地址，就可以找出同一物理網路中任意一台主機的物理地址。
五、IP數據報
1、IP數據報的格式
IP數據報分為兩大部分：報頭區和數據區。其中報頭僅僅是正確傳輸高層數據而增加的控制信息，數據區包括高層需要傳輸的數據。
IP數據報的主要欄位：
1)版本與協議類型：版本是IP協議版本號(一般是4即IPv4)，不同版本數據格式不同;協議類型是指該數據報的數據區數據的高層協議類型(如TCP)，用於知名數據區的數據格式。
2)長度：分為報頭長度(以32b為單位)和總長度(以8b為單位)。
3)服務類型：規定本數據報的處理方式。該欄位為數據包分配一個轉發優先順序，要求中途轉發器路由器盡量使用低延遲、高吞吐或高可靠性的線路投遞。具體實現擇由路由器的實現方法和底層物理網路技術。
4)報文的分片與重組控制：IP數據報使用標識、標志、片位移3個域對分片進行控制，分片將在目的主機重組。
5)生存周期：設計一個計數器，當計數器值為0時，數據報刪除，避免循環發送。
6)頭部校驗和：用於保證IP數據報報頭的完整性。註：只有報文頭校驗，沒有數據區校驗。好處是允許上層協議選擇自己的數據校驗方法。
7)地址：源地址和目的地址表示發送與接收的地址。此值保持不變。
2、IP封裝、分片與重組
當IP分組在網上傳輸時，可能跨越多個網路，但每個網路都規定了一個幀最多攜帶的數據量(此限制稱為最大傳輸單元或MTU),當長度超過MTU時，就需要將數據分成若干個較小的部分(分片)，然後獨立發送;
目的主機收到分片後的數據報後，對分片再重新組裝(重組)。
分片獨立傳輸時，需要對分片控制。主要有3個欄位：標識、標志和片偏移;
標識：源主機賦予IP數據報的標識符，目的主機利用此標識判斷此分片屬於哪個數據報，以便重組。
標志：告訴目的主機該數據報是否已經分片，是否是最後的分片。
片偏移：本片數據在初始IP數據報中的位置。
3、IP數據報選項
IP數據報選項主要用於控制和測試兩大目的。既然是選項，用戶可以使用IP選項也可以不使用選項，但實現IP協議的設備必須能處理IP選項。
IP選項有3部分組成：源路由、記錄路由、時間戳。
源路由：指IP數據報穿越互聯網所經過的路徑是由源主機指定。分為兩類：嚴格路由選項和鬆散路由選項。
(1)嚴格路由選項：規定IP數據報要經過路徑上的每一個路由器，相鄰的路由器之間不能有中間路由器，並經過的路由器的順序不能改變。
(2)鬆散路由選項：給出數據報必須要經過的「要點」，並給出完備的路徑，無直接連接的路由器之間尚需IP軟體的定址功能補充。
記錄路由：記錄IP數據報從源主機到目的主機所經過的路徑上各個路由器的IP地址。用於測試網路中路由器的路由配置是否正確。
時間戳：記錄IP數據報經過每一個路由器時的時間(以千分之一秒為單位)。
六、差錯與控制報文
1、ICMP差錯控制
互聯層使用的控制協議是互聯網控制報文協議(ICMP)，作用是不僅傳輸控制報文，還傳輸差錯報文。
ICMP最基本的功能是提供差錯報告，但不提供處理方法。
ICMP差錯報文的特點：
差錯報文不享受特別優先權和可靠性。
差錯報告數據中除包含故障IP數據報頭外，還包含故障IP數據報數據區的前64位數據。(利用前64位了解高層協議的重要信息)
IP軟體一旦發現傳輸錯誤，首先拋棄出錯報文，然後調用ICMP向源主機報告出錯信息。
ICMP出錯報告包括:目的地不可達報告、超時報告、參數出錯報告等。
目的地不可達報告：路由選擇和轉發出錯時，路由器發出目的地不可達報告。
超時報告：IP數據報一旦到達生存周期，立刻將其拋棄，同時產生ICMP超時差錯報告，通知源主機該數據報已拋棄。
參數出錯報告：一旦參數錯誤嚴重到機器不得不拋棄IP數據報時，機器向源主機發送此報文，指出可能出現錯誤的參數位置。
2、ICMP控制報文
互聯網控制主要包括擁塞控制和路由控制兩部分。ICMP提供對應的控制報文是擁塞控制與源抑制報文和路由控制與重定向報文。
(1)擁塞控制：路由器被大量湧入的IP數據報「淹沒」的現象。原因是：路由器處理速度慢，路由器傳入數據速率大於傳出速率。
其實質原因是沒有足夠的緩沖區存放大量湧入的IP數據報。為控制擁塞，IP軟體採用「源站抑制」技術，路由器對每個介面進行監視，一旦發現擁塞，立即向相應源主機發送ICMP源抑制報文，請求源主機降低發送IP數據報的速率。
抑制報文的方式有3種：
如果路由器輸出隊列已滿，在緩沖器空出前，拋棄新來的IP數據報，每拋棄一個數據報，向源主機發送ICMP源抑制報文。
為路由隊列設定一個閾值，超過該值，向源主機發送ICMP源抑制報文。
更為復雜的源站抑制技術是選擇性的抑制IP數據報發送率較高的源主機。
什麼時候解除擁塞，路由器不通知源主機，而是根據當前一段時間內是否收到ICMP源抑制報文自主決定。
(2) 路由控制與重定向報文
在IP互聯網中，主機在傳輸數據的過程中不斷從相鄰的路由器獲得新的路由信息。
主機在啟動時都具有一定的路由信息，但路徑不一定是最優的。
路由器一旦檢測到某IP數據報經非優路徑傳輸，它一方面繼續將報文轉發出去，另一方面將向主機發送一個重定向ICMP報文，通知相應的目的主機的最優路徑。
ICMP重定向的優點是保證主機擁有一個動態的、既小且優的路由表。
3、ICMP請求/應答報文對
為便於進行故障診斷和網路控制，利用ICMP請求/應答報文對來獲取某些有用的信息。
回應請求與應答：用於測試目的主機或路由器的可達性。過程是請求者向特定目的IP主機發送一個包含任選數據區的回應請求，當目的主機或路由器收到請求後，返回相應的回應應答。如果請求者收到一個成功的應答，說明路徑以及數據傳輸正常。
時戳請求與應答：利用該請求與應答從其他機器獲得其時鍾的當前時間，經估算後再同步時鍾。
掩碼請求與應答：主機箱路由器發送該請求，路由器發回應答告知主機的子網掩碼。
七、路由器與路由選擇
1、表驅動IP進行路由選擇
路由器：進行路由選擇的計算機。
路由選擇一般採用表驅動的路由選擇演算法。每台設備存放一張路由表，該表存儲有關可能的目的地址及怎樣到達目的的信息。
(1)標准路由選擇演算法
路由表中包含許多(N，R)的有序對，N是目的地址，R是到N的路徑中下一個路由器的地址。每個路由器中僅保存下一站，並不知完整路徑。
為減少路由表長度或提高路由效率，路由表中的N一般使用目的網路的地址，不是目的主機地址。
(2)子網選擇路由-------標准路由選擇演算法的擴充
IP採用子網編址後，將路由表改為(M,N,R)，其中M為子網掩碼，N為目的網路的地址，R為下一個路由的IP地址。
(3)路由表的特殊路由
使用網路地址可以極大縮小路由表規模，路由表也可包含兩種特殊的路由表目，即默認路由和特定主機路由。
默認路由：如果路由表沒有指定達到目的的網路的路由信息，就可以把數據報轉發到默認路由指定的路由器。
特定主機路由：主要表項(包括默認路由)是基於網路地址的。為單個主機指定特別的路徑就是特定主機路由。
(4)統一的路由選擇演算法
允許使用任意的掩碼形式，子網路由選擇演算法不但能按照同樣的方法處理網路路由、默認路由、特定主機路由，還可以將標准路由選擇演算法作為一個特例。
Ⅱ 路由是什麼
計算機網路往往由許多種不同類型的網路互連連接而成。如果幾個計算機網路只是在物理上連接在一起，它們之間並不能進行通信，那麼這種「互連」並沒有什麼實際意義。因此通常在談到「互連」時，就已經暗示這些相互連接的計算機是可以進行通信的，也就是說，從功能上和邏輯上看，這些計算機網路已經組成了一個大型的計算機網路，或稱為互聯網路，也可簡稱為互聯網、互連網。
將網路互相連接起來要使用一些中間設備（或中間系統），ISO的術語稱之為中繼（relay）系統。根據中繼系統所在的層次，可以有以下五種中繼系統：
1.物理層（即常說的第一層、層L1）中繼系統，即轉發器（repeater）。
2.數據鏈路層（即第二層，層L2），即網橋或橋接器（bridge）。
3.網路層（第三層，層L3）中繼系統，即路由器（router）。
4.網橋和路由器的混合物橋路器（brouter）兼有網橋和路由器的功能。
5.在網路層以上的中繼系統，即網關（gateway）.
當中繼系統是轉發器時，一般不稱之為網路互聯，因為這僅僅是把一個網路擴大了，而這仍然是一個網路。高層網關由於比較復雜，目前使用得較少。因此一般討論網路互連時都是指用交換機和路由器進行互聯的網路。本文主要闡述交換機和路由器及其區別。
交換機和路由器
「交換」是今天網路里出現頻率最高的一個詞，從橋接到路由到ATM直至電話系統，無論何種場合都可將其套用，搞不清到底什麼才是真正的交換。其實交換一詞最早出現於電話系統，特指實現兩個不同電話機之間話音信號的交換，完成該工作的設備就是電話交換機。所以從本意上來講，交換只是一種技術概念，即完成信號由設備入口到出口的轉發。因此，只要是和符合該定義的所有設備都可被稱為交換設備。由此可見，「交換」是一個涵義廣泛的詞語，當它被用來描述數據網路第二層的設備時，實際指的是一個橋接設備；而當它被用來描述數據網路第三層的設備時，又指的是一個路由設備。 我們經常說到的乙太網交換機實際是一個基於網橋技術的多埠第二層網路設備，它為數據幀從一個埠到另一個任意埠的轉發提供了低時延、低開銷的通路。
由此可見，交換機內部核心處應該有一個交換矩陣，為任意兩埠間的通信提供通路，或是一個快速交換匯流排，以使由任意埠接收的數據幀從其他埠送出。在實際設備中，交換矩陣的功能往往由專門的晶元（ASIC）完成。另外，乙太網交換機在設計思想上有一個重要的假設，即交換核心的速度非常之快，以致通常的大流量數據不會使其產生擁塞，換句話說，交換的能力相對於所傳信息量而無窮大（與此相反，ATM交換機在設計上的思路是，認為交換的能力相對所傳信息量而言有限）。雖然乙太網第二層交換機是基於多埠網橋發展而來，但畢竟交換有其更豐富的特性，使之不但是獲得更多帶寬的最好途徑，而且還使網路更易管理。
而路由器是OSI協議模型的網路層中的分組交換設備（或網路層中繼設備），路由器的基本功能是把數據（IP報文）傳送到正確的網路，包括：
1.IP數據報的轉發，包括數據報的尋徑和傳送；
2.子網隔離，抑制廣播風暴；
3.維護路由表，並與其他路由器交換路由信息，這是IP報文轉發的基礎。
4.IP數據報的差錯處理及簡單的擁塞控制；
5.實現對IP數據報的過濾和記帳。
對於不同地規模的網路，路由器的作用的側重點有所不同。
在主幹網上，路由器的主要作用是路由選擇。主幹網上的路由器，必須知道到達所有下層網路的路徑。這需要維護龐大的路由表，並對連接狀態的變化作出盡可能迅速的反應。路由器的故障將會導致嚴重的信息傳輸問題。
在地區網中，路由器的主要作用是網路連接和路由選擇，即連接下層各個基層網路單位－－園區網，同時負責下層網路之間的數據轉發。
在園區網內部，路由器的主要作用是分隔子網。早期的互連網基層單位是區域網（LAN），其中所有主機處於同一邏輯網路中。隨著網路規模的不斷擴大，區域網演變成以高速主幹和路由器連接的多個子網所組成的園區網。在其中，處個子網在邏輯上獨立，而路由器就是唯一能夠分隔它們的設備，它負責子網間的報文轉發和廣播隔離，在邊界上的路由器則負責與上層網路的連接。
第二層交換機和路由器的區別
傳統交換機從網橋發展而來，屬於OSI第二層即數據鏈路層設備。它根據MAC地址定址，通過站表選擇路由，站表的建立和維護由交換機自動進行。路由器屬於OSI第三層即網路層設備，它根據IP地址進行定址，通過路由表路由協議產生。交換機最大的好處是快速，由於交換機只須識別幀中MAC地址，直接根據MAC地址產生選擇轉發埠演算法簡單，便於ASIC實現，因此轉發速度極高。但交換機的工作機制也帶來一些問題。
1.迴路：根據交換機地址學習和站表建立演算法，交換機之間不允許存在迴路。一旦存在迴路，必須啟動生成樹演算法，阻塞掉產生迴路的埠。而路由器的路由協議沒有這個問題，路由器之間可以有多條通路來平衡負載，提高可靠性。
2.負載集中：交換機之間只能有一條通路，使得信息集中在一條通信鏈路上，不能進行動態分配，以平衡負載。而路由器的路由協議演算法可以避免這一點，OSPF路由協議演算法不但能產生多條路由，而且能為不同的網路應用選擇各自不同的最佳路由。
3.廣播控制：交換機只能縮小沖突域，而不能縮小廣播域。整個交換式網路就是一個大的廣播域，廣播報文散到整個交換式網路。而路由器可以隔離廣播域，廣播報文不能通過路由器繼續進行廣播。
4.子網劃分：交換機只能識別MAC地址。MAC地址是物理地址，而且採用平坦的地址結構，因此不能根據MAC地址來劃分子網。而路由器識別IP地址，IP地址由網路管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有層次結構，被劃分成網路號和主機號，可以非常方便地用於劃分子網，路由器的主要功能就是用於連接不同的網路。
5.保密問題：雖說交換機也可以根據幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內容對幀實施過濾，但路由器根據報文的源IP地址、目的IP地址、TCP埠地址等內容對報文實施過濾，更加直觀方便。
6.介質相關：交換機作為橋接設備也能完成不同鏈路層和物理層之間的轉換，但這種轉換過程比較復雜，不適合ASIC實現，勢必降低交換機的轉發速度。因此目前交換機主要完成相同或相似物理介質和鏈路協議的網路互連，而不會用來在物理介質和鏈路層協議相差甚元的網路之間進行互連。而路由器則不同，它主要用於不同網路之間互連，因此能連接不同物理介質、鏈路層協議和網路層協議的網路。路由器在功能上雖然占據了優勢，但價格昂貴，報文轉發速度低。 近幾年，交換機為提高性能做了許多改進，其中最突出的改進是虛擬網路和三層交換。
劃分子網可以縮小廣播域，減少廣播風暴對網路的影響。路由器每一介面連接一個子網，廣播報文不能經過路由器廣播出去，連接在路由器不同介面的子網屬於不同子網，子網范圍由路由器物理劃分。對交換機而言，每一個埠對應一個網段，由於子網由若干網段構成，通過對交換機埠的組合，可以邏輯劃分子網。廣播報文只能在子網內廣播，不能擴散到別的子網內，通過合理劃分邏輯子網，達到控制廣播的目的。由於邏輯子網由交換機埠任意組合，沒有物理上的相關性，因此稱為虛擬子網，或叫虛擬網。虛擬網技術不用路由器就解決了廣播報文的隔離問題，且虛擬網內網段與其物理位置無關，即相鄰網段可以屬於不同虛擬網，而相隔甚遠的兩個網段可能屬於不同虛擬網，而相隔甚遠的兩個網段可能屬於同一個虛擬網。不同虛擬網內的終端之間不能相互通信，增強了對網路內數據的訪問控制。
交換機和路由器是性能和功能的矛盾體，交換機交換速度快，但控制功能弱，路由器控制性能強，但報文轉發速度慢。解決這個矛盾的最新技術是三層交換，既有交換機線速轉發報文能力，又有路由器良好的控制功能。
第三層交換機和路由器的區別
在第三層交換技術出現之前，幾乎沒有必要將路由功能器件和路由器區別開來，他們完全是相同的：提供路由功能正在路由器的工作，然而，現在第三層交換機完全能夠執行傳統路由器的大多數功能。作為網路互連的設備，第三層交換機具有以下特徵：
1.轉發基於第三層地址的業務流；
2.完全交換功能；
3.可以完成特殊服務，如報文過濾或認證；
4.執行或不執行路由處理。
第三層交換機與傳統路由器相比有如下優點：
1.子網間傳輸帶寬可任意分配：傳統路由器每個介面連接一個子網，子網通過路由器進行傳輸的速率被介面的帶寬所限制。而三層交換機則不同，它可以把多個埠定義成一個虛擬網，把多個埠組成的虛擬網作為虛擬網介面，該虛擬網內信息可通過組成虛擬網的埠送給三層交換機，由於埠數可任意指定，子網間傳輸帶寬沒有限制。
2.合理配置信息資源：由於訪問子網內資源速率和訪問全局網中資源速率沒有區別，子網設置單獨伺服器的意義不大，通過在全局網中設置伺服器群不僅節省費用，更可以合理配置信息資源。
3.降低成本：通常的網路設計用交換機構成子網，用路由器進行子網間互連。目前採用三層交換機進行網路設計，既可以進行任意虛擬子網劃分，又可以通過交換機三層路由功能完成子網間通信，為此節省了價格昂貴的路由器。
4.交換機之間連接靈活：作為交換機，它們之間不允許存在迴路，作為路由器，又可有多條通路來提高可靠性、平衡負載。三層交換機用生成樹演算法阻塞造成迴路的埠，但進行路由選擇時，依然把阻塞掉的通路作為可選路徑參與路由選擇。 五、結論
綜上所述，交換機一般用於LAN－WAN的連接，交換機歸於網橋，是數據鏈路層的設備，有些交換機也可實現第三層的交換。路由器用於WAN－WAN之間的連接，可以解決異性網路之間轉發分組，作用於網路層。他們只是從一條線路上接受輸入分組，然後向另一條線路轉發。這兩條線路可能分屬於不同的網路，並採用不同協議。相比較而言，路由器的功能較交換機要強大，但速度相對也慢，價格昂貴，第三層交換機既有交換機線速轉發報文能力，又有路由器良好的控制功能，因此得以廣播應用。
Ⅲ 路由器是怎樣選最佳路經的呢
首先，檢 查轉發進程。有三個步驟到轉發信息包通過路由器： 確定信息包目的地是否是可及的。 確定下一 跳往目的地和介面該下一 跳是可及的。 重寫媒體訪問控制 (MAC)頭在信息包因此將成功地到達其下一跳。 這些步驟中的每一個是重要為了信息包能到達其目的 地。 注意： 在本 文過程中，我們使用IP交換路徑例如; 實際上如果他們存在 ，這里被提供的所有信息是可適用的到等同的交換路徑為其他協議 。 流程轉換 流程轉換是小公分母在 交換路徑; 它為每通信類型是可用的在每個IOS版本，在每 個平台和交換式。流程轉換是由二個重要概念定義的： 轉發決策和信息在信息包曾經重寫 MAC 報頭從包含MAC報頭信息被映射到每台主機IP 地址直接地連 接到路由器的一些其他表被採取從路由表(從路由信息庫或者RIB)和 地址解析協議(ARP)高速緩沖存儲器，或者。 信息包由運行在IOS的之內一個正常進程轉換。 換句話說，轉發決策由通過IOS調度程序和運行被安排的進程 做作為一個對等體到其他進程在路由器，例如路由協議。 在 路由器正常運行沒有中斷的進程過程交換信息包。 下面的圖說明流程轉換路徑。 較詳細地檢查 此圖表： 介面處理器在網路媒介首先 發現那裡是一個信息包，並且傳輸此信息包到路由器的輸入-輸出內 存。 介面處理器生成一次收到中斷信 號。 在此中斷期間，中央處理器確定什麼類型的信息包這是 (假設它是IP信息包)和復制它到如果需要處理器內存里(此決策根據 平台)。 最後，處理器在適當的處理輸入隊列放置信息包並 且發布中斷。 當下次調度程序運行， 在ip_input 輸入隊列注釋信息包 ，並且安排此進程運行 。 當ip_input 運行時，參見 RIB確定下一跳和輸出介面然後參見ARP高速緩存確定正確的物理層 地址為此下一跳。 ip_input 在正確的出局介面的 輸出隊列然後重寫信息包的MAC報頭，並且放置信息包。 信息包從出局介面的輸出隊列被復制 對出局介面的傳輸隊列; 所有outbound 服務質量發生在這 兩個隊列之間。 輸出介面處理器在其 傳輸隊列發現信息包，並且傳輸信息包網路媒介。 幾乎影響信息包交換的所有功能，例如網路地址轉換 (NAT)和策略路由，在流程轉換路徑做他們的首演。一旦他們 證明，並且優化，這些功能可以或者不可以，出現interrupt上下文轉換程序。 中斷上下文交換 中斷上下文交換是Cisco路由器使用的主要交換方法 的秒鍾。中斷上下文交換和流程轉換的之間主要的區別是： 中斷當前運行在處理器的進程轉換信 息包。僅當可以安排時，信息包被轉換根據要求， 而不是 被轉換 ip_input 進程。 處理 器使用路由高速緩存的某種表找到所有信息必要轉換信息包。 以下圖說明中斷上下文交換。 較詳細地檢查此圖表： 介面 處理器在網路媒介首先發現那裡是一個信息包，並且傳輸此信息包 到路由器的輸入-輸出內存。 介面處 理器生成一次收到中斷信號。 在此中斷期間，中央處理器確 定什麼類型的信息包這是(假設它是IP信息包)，然後開始轉換信息 包。 處理器搜索路由高速緩存確定如 果信息包目的地是可及的，什麼輸出介面應該是，什麼下一跳往此 目的地是和終於，什麼MAC 報頭信息包如果成功地必須到達下一跳 。 處理器使用此信息重寫信息包的MAC報頭。 信息包現在被復制到傳輸或出局接 口的輸出隊列(根據多種要素)。收到中斷信號現在回歸和在 處理器運行的進程在中斷發生了之前持續運行。 輸出介面處理器在其傳輸隊列發現信息包，並且傳輸 信息包網路媒介。 浮現在腦海在讀此說明以後的第一個問題是"什麼在 高速緩沖存儲器？" 有三個可能的答案，根據中斷上下文交 換的種類： 快速交換 最優交換 Cisco快速轉 發 我們將查看這些路由高速緩存類型 (或交換路徑)中的每一條一次一個。 快速交換 快速交換使用一個二分 樹存儲轉發信息和MAC報頭重寫字元串作為快速查找和參考。以下圖說明一個二分樹。 在快速交換， 可達性信息在二分樹由一個節點的存在表示為信息包的目的地。 MAC 報頭和出局介面為每個目的地在樹之內，存儲作為節點 的信息一部分。二分樹能實際上有上面32 levels?the樹為例 證的目的極其縮寫。 搜索一個二分樹 ，您在根據該編號的樹簡單開始從左(與最有效位數)在您尋找的(二 進制)編號和分支或左。例如，如果尋找信息與第4有關在此 樹，您由分支的權利會開始，因為第一個二進制數字是1。 您在(二進制)編號會跟隨樹下來，比較下個數字，直到您到達末端