三层交换机是什么？与路由器有什么区别？

我的理解是路由器与三层交换机的最根本区别在于三层交换机在二层只能处理以太网，不支持其它比如路由器中的NAT和QOS等功能。

路由器是三层设备，可是三层交换机却可以同时工作在三层和二层的。事实上三层交换机与路由器还是存在很大的差别：

1、主要功能不同

虽然三层交换机与路由器都具有路由功能，但不能因此而把它们等同起来。路由器不仅具有路由功能，还提供了交换机端口、硬件防火墙附加功能，其目的是使设备适用面更广、使其更加实用。

三层交换机也一样，主要功能仍是数据交换，只不过它是具备了一些基本的路由功能的交换机。三层交换机同时具备了数据交换和路由转发两种功能，但其主要功能还是数据交换；而路由器仅具有路由转发这一种主要功能。

2. 主要适用的环境不一样

三层交换机的路由功能通常比较简单，因为它所面对的主要是简单的局域网连接。特性远没有路由器那么复杂。它用在局域网中的主要用途还是提供快速数据交换功能，满足局域网数据交换频繁的应用特点。

而路由器则不同，虽然也适用于局域网之间的连接，但它的路由功能更多的体现在不同类型网络之间的互联上，如局域网与广域网之间的连接、不同协议的网络之间的连接等，优势在于选择最佳路由、负荷分担、链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等。另外，为了与各种类型的网络连接，路由器的接口类型非常丰富，而三层交换机则一般仅同类型的局域网接口，非常简单。

3、技术实现不一样

路由器和三层交换机在数据包交换操作上存在着明显区别。路由器一般由基于网络处理器或多核的路由引擎执行数据包交换。而三层交换机通过硬件执行数据包交换。三层交换机在对第一个数据包送控制面进行路由查找后，它将会产生一个供数据面查找的MAC地址与IP地址的映射表，当同样的数据流再次通过时，将根据此表查表通过而不是再次送控制面查路由（即“一次路由，多次交换”）。

三层交换机提高了数据包转发的效率。它的路由查找是针对数据流的，利用缓存技术，很容易利用ASIC技术来实现，因此，可以大大节约成本，并实现快速转发。而路由器的转发采用最长匹配的方式，实现复杂，一般采用价格高昂的网络处理器或多核处理器实现，并且路由表数目庞大，成本相当高。

三层交换机是什么

三层交换机采用三层交换技术（二层交换机技术+三层转发技术），可基于MAC地址（物理地址）转发数据帧。三层交换机主要工作在OSI网络标准模型的第三层——网络层，具备网络层的功能，其中除了支持所有交换机功能外，同时还具备VLAN间路由的基本路由功能。相对于路由器来说，三层交换机的路由转发主要是依靠硬件（ASIC）实现，数据包转发不用经过复杂的过程，可有效减少网络延迟，数据包转发更加快速，从而提高了大型局域网内部的数据交换（路由性能），实现“一次路由，多次转发”。

路由器与三层交换机的区别

1.转发依据不同

路由器则是利用IP地址（网络地址）来确定数据转发的地址，而三层交换机是利用MAC地址（物理地址）来确定转发数据的目的地址。

2.功能不同

路由器的功能主要是路由转发，但也会附带一些备用功能，如硬件防火墙、二层交换机技术等功能；而三层交换机本质上属于交换机，其主要功能仍旧是数据交换，只不过附带了一些路由转发功能，使其使用更加广泛、增强了扩展性。

3.应用范围不同

由上述提及的两者功能区别可知，路由器的主要功能是路由转发，专用于处理复杂的路由路径和网络连接，实现跨网段连接，其具备选择最佳路由、负荷分担、链路备份以及与其他网络进行路由信息的交换等功能，因此路由器适用于任何网络之间的连接，如局域网与广域网之间等。而三层交换机的主要功能是以太网数据交换，路由转发功能属于附加功能，因此三层交换机适用于简单的接入网连接。

4.性能不同

路由器的路由转发是通过软件实现的，需在CPU中运行一段程序来处理路由转发；而三层交换机的路由转发是通过硬件实现的，一般使用ASIC芯片来处理路由转发；因此相对来说，三层交换机的转发效率会高过路由器。另外，由于三层交换机的路由转发功能在硬件上，因此它不具备软件的可扩展性以及路由器的附加功能（如防火墙）。

5.接口不同

为了能够适应各种类型的网络连接，路由器支持多种不同的有线传输介质，如光纤、电话线、串行线缆等，其接口类型种类繁多，如以太网接口、令牌环接口、FDDI接口、E1/T1接口、WLAN网卡等；而三层交换机一般只有以太网接口，如RJ-45接口、光纤接口等。

我们常常听说三层交换机，也知道三层交换机的使用对网络管理、提高网络速度等有很大帮助。那么究竟三层交换技术是如何能够“起作用”的呢？在谈三层交换技术之前，需要先简单了解一下二层交换技术。

二层交换技术从网桥发展到VLAN（虚拟局域网），在局域网建设和改造中得到了广泛的应用。顾名思义，二层交换技术就是指交换机工作在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层。它按照所接收到数据包的目的MAC地址来进行转发，对于网络层或者更高层协议来说是透明的。它不处理网络层的IP地址，不处理高层协议的诸如TCP、UDP的端口地址，它只需要数据包的物理地址即MAC地址，数据交换是靠硬件来实现的，其速度相当快，这是二层交换的一个显著的优点。但是，二层交换不能处理不同IP子网之间的数据交换。

与此相反的是，传统的路由器可以处理大量的跨越IP子网的数据包，但是转发效率远比二层低。那么是不是能产生一种技术，既能够利用二层转发效率高这一优点，又能够处理三层IP数据包呢？于是在这种需求下，三层交换技术诞生了。

三层交换技术（也称多层交换技术，或IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层——数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，三层交换技术就是将路由技术与交换技术合二为一的技术，也即：二层交换技术+三层转发技术。

前面已经提到，第三层交换工作在OSI七层网络模型中的第三层即网络层。它是利用第三层协议中的IP包的报头信息来对后续数据业务流进行标记，具有同一标记的数据流的后续报文被交换到第二层数据链路层，从而打通源IP地址和目的IP地址之间的一条通路。这条通路仅经过第二层链路层。有了这条通路，三层交换机就没有必要每次将接收到的数据包进行拆包来判断路由，而是直接将数据包进行转发，将数据流进行交换。

　　路由器和交换机是组网环境当中的两种设备，路由器主要作用是数据走向的指挥和调度，类似十字路口的红绿灯，告诉车辆（数据）向左走还是向右走，交换机主要作用是数据的转发，类似承载车辆（数据）的马路，马路越宽（交换机的性能），车流量越大，早期二者功能定位非常明显，泾渭分明，但随着三层交换机的出现，发现交换机也支持OSPF、RIP、EIGRP、ISIS等动态路由协议，而且性能更强，大有交换机可以替代路由器的趋势，而且路由器成本高昂，和交换机同等性能对比，交换机价格更合理，这样的替换难道不香吗？我们从以下几个角度来分析一下交换机是否可以完全替代路由器。

路由器和三层交换机容易混淆，或者粗暴的认为三层交换机可以替代路由器，最根本的原因是交换机也具有三层路由的功能了，在功能上已经保持了“一致”，但二者还是存在本质的区别。

一、主要功能的差异化

　　我们可以发现有些高端路由器不仅具有路由功能，也有二层的基本功能，能提供交换机端口，甚至有硬件或者软件防火墙功能，但是不能把路由器和交换机、防火墙等同起来，它主要还是路由器功能，它要解决遇到的各种路由链接问题，提供各种的链接端口，其他的功能只不过是附加功能，其目的是使得设备具有更广的适用面，更多的应用场景，也间接的提升了产品的竞争力。

　　三层交换机可以看到虽然都支持三层协议，但是在产品说明里面，一般三层功能不是突出的重点，主要还是聚焦二层的转发能力和端口接入能力，它仍然是交换机产品，只不过是多了一些基本路由功能的交换机，主要功能还是数据交换。

二、应用的场景不一样

　　三层交换机一般用在局域网的核心，路由功能使用比较简单，扁平化趋势组网之前，一般是三层架构，路由跳数大概只有3跳，路由路径远远没有路由器那么多，对三层交换机的计算能力要求不大，近几年二层扁平化组网大行其道，其实对路由算力要求更少了，它在局域网中的主要用途还是提供快速的数据交换能力，提供的端口也主要是以太网端口，比如RJ45、SFP、SFP+等。

　　路由器则不一样，路由器设计初衷是为了满足不同类型的网络互联，网络是由各大运营商组建的，各大运营商组建的网络使用的技术各不相同，使用的链路和协议也千变万化，需要通过路由器将这些差异化的链路、网络相互连接起来，保证世界的网络互通，这就需要路由器能够对接各种链路类型的端口，比如：以太网口（RJ45、SFP、SFP+）、POS光口、CPOS口、ATM、E1、T1等端口，也需要路由器能够支持各种网络路由协议，比如：静态路由、RIP、RIPng、OSPF、OSPFv3、IS-IS、 IS-ISv6、BGP、BGP4+等。

　　所以路由器主要用于不同类型的网络之间互联，这种多类型网络在运营商比较常见，我们所处的末端局域网一般都是单一类型网络，大部分能见到的都是以太网口。路由器的优势在于最优路径的选择，多条路径的负载分担，出现链路故障时的链路备份和快速切换。

三、处理数据的方式不一样

　　路由器一般由软件对数据包的交换进行处理，路由器首先在路由表中查找，判明是否知道如何将分组发送到下一个站点（路由器或主机），如果路由器不知道如何发送分组，通常将该分组丢弃；否则就根据路由表的相应表项将分组发送到下一个站点，如果目的网络直接与路由器连，路由器就把分组直接送到相应的端口上，而且转发采用最长匹配的方式，实现复杂，通常使用软件来实现，转发效率较低。

　　三层交换机通过硬件执行数据包的交换，三层交换机在对第一个数据流量进行路由分析之后，会产生一个IP和MAC的地址对应表，这个表会明确指出该流量应该从哪个出口出去，后面过来的流量不会再去进行解析路由，解封装，直接在二层根据该映射表进行转发，同时针对路由表的查找，直接利用ASIC硬件解析，直接查找，大大降低了数据延迟，提高了整体的吞吐量，转发效率极高。

　　由于三层交换机是通过硬件来对数据进行处理和转发，所以整体性能上远远高于路由器，在局域网环境下，数据交换的频率要求非常快，交换机天然适合局域网，而路由器优势则在于路由功能非常强大，转发性能和效率远远低于交换机，所以路由器更适合作为网络互联的节点或者局域网的出口，对数据交换的频率要求不高，所以如果把高端路由器作为核心交换机来承载局域网流量，那是对路由器功能的一种浪费，同时也不能满足局域网高速通讯性能的要求，在采购设备时要综合考虑应用场景，只买最合适的，不买最贵的。