交换机和路由器的区别

交换机

交换机工作在第2层，它维护着一份 Mac 地址和网线连接端口的映射表，所有连接它的设备都写在表中。当它收到一个数据包时，它读取数据包中的 Mac 地址，然后从映射表中查到对应的端口号，然后将数据包转发到对应的连接端口；

如果从映射表中找不到 Mac 地址映射，则交换机将简单粗暴的将该数据包发送给所有的端口；之后匹配该 MAC 地址的目标设备会响应交换机，然后交换机就知道拥有该 MAC 地址的设备连接着自己的哪个端口了，然后它会更新自己的映射表，这样下次再有相同的请求进来，就不需要广播，而是直接转发了；

当交换机将数据包广播给所有端口时，其扮演的角色就有点像 Hub 集线器了；

疑问：发起请求的设备，是如何知道目标设备的 MAC 地址的呢？

路由器

路由器工作在第3层，它有两个职责：

• 为所有连接它的终端设备建立一个内部局域网；
• 与外部局域网建立通信；

路由器将从第3层中读取 IP 地址信息，然后从其维护的路由表中找到对应的端口号，将数据包转发给相应的端口号。如果找不到，则直接丢弃数据包；

ARP

Address Resolution Protocol，地址解析协议，其实就是一份 IP 地址和 MAC 地址的映射表

当某个设备 A 连接到路由器上面时，它会被分配一个 IP 地址，同时会被告知网关的 IP 地址。这样，当该设备尝试与另外一台设备通信时，它会先检查自己的 ARP 表中，是否有目标 IP 的 MAC 地址

• 如果有，它直接提取该 MAC 地址，写入数据包第2层头部，发送出去；
• 如果没有，它需要检查一下该目标设备的 IP 是否与自己在同一个局域网中
  • 如果在，它将在局域网中广播一个该 IP 地址的 ARP 请求；持有该 IP 的目标设备将响应该广播，不持有该 IP 的其他设备将忽略该广播；
  • 如果不在，它将在局域网中广播网关 IP 地址的 ARP 请求，网关在收到该广播后，将会响应自己的 MAC 地址给设备 A；

当通过广播获得 MAC 地址后，设备 A 将该 MAC 地址缓存到自己的 ARP 映射表中，然后将其写入数据包第2层头部发送出去；

很奇怪，为什么不直接使用路由器的 MAC 地址来打包呢，这样就不需要额外发送一次 ARP 请求了；路由器收到后，再解析到第3层中的 IP 来获知数据包的目的地，貌似这种方法也是可以的，为什么要额外引入 ARP 机制呢？

答：原来是因为两台设备不一定通过路由器连接。当它们通过路由器来连接时，上面的方式确实是可行的。但是它们也有可能是直连，或者通过交换机来连接，这个时候，在生成第2层时，就无法直接填写路由器的 IP 地址了；因此，通用的方式是广播 ARP 请求，来得知目标 IP 地址的 MAC 地址。ARP 机制可以工作在任意一种连接场景中，直连，集线器、交换机、路由器等都可以；

关键点：当某个终端设备被连接时，该设备是不知道也无须知道自己连接的是什么类型的设备，它只需关心自己的工作，即打包好各层数据即可。当缺少目标 MAC 地址时，就广播 ARP 请求得到它，然后完成打包并发送数据即可，剩下的工作都是别人的。