路由和交换是网络世界中两个重要的概念 。传统的交换发生在网络的第二层 ， 即数据链路层 ， 而路由则发生在第三层 ， 网络层 。在新的网络中 ， 路由的智能和交换的性能被有机的结合起来 ， 三层交换机和多层交换机在园区网络中大量使用 。本文将介绍一些路由和交换的基本概念 ， 分为网络层次结构、交换、路由和全交换园区网络四个部分 。
网络层次结构
网络参考模型的定义给出了清楚的功能层次划分 。最常被提及的是ISO OSI参考模型和TCP/IP协议簇 。
国际标准化组织定义的OSI参考模型将计算机网络按功能划分为七个层次 ， 这就是我们常说的七层模型或七层结构 。网络功能分层的直接好处是这些层次可以各司其职 ， 由不同厂家开发的不同层次的软硬件设备可以配合使用 。一个层次的设备更新或软件重写也不会影响到其它层次 。TCP/IP协议体系中的各个层次和ISO的参考模型有大致的对应关系 。如下图所示：
OSI中间一层 ， 即第四层执行传输功能 ， 它负责提供从一台计算机到另外一台计算机之间的可靠数据传输 。传输层（Transport Layer）是承上启下的一层 ， 在它的下面有三层 ， 都是与数据传输相关的功能；上面也有三层 ， 提供与网络应用相关的功能 。
OSI下三层中 。物理层（Physical Layer）负责实际的传送数据信号 ， 数据链路层（Data Link Layer）负责网络内部的帧传输 ， 而网络层（Network Layer）负责网络间的计算机寻址和数据传输 。
OSI上三层中 。应用层（Application Layer）是最高的层次 ， 它负责提供用户操作的界面 ， 因特网中常用的电子邮件服务 ， 文件传输服务等都是这一层提供的 。表示层（Presentation Layer）负责数据的表示 ， 比如发送数据之前的加密 ， 接收数据时的解密 ， 中英文的翻译等等都是这一层提供的功能 。会话层（Session Layer）负责建立和终止网络的数据传输 ， 计算机名字转换成地址的工作也在这层完成 。
传统意义上的交换是第二层的概念 。数据链路层的功能是在网络内部传输帧 。所谓"网络内部"是指这一层的传输不涉及网间的设备和网间寻址 。通俗的理解 ， 一个以太网内的传输 ， 一条广域网专线上的传输都由数据链路层负责 。所谓"帧"是指所传输的数据的结构 ， 通常帧有帧头和帧尾 ， 头中有源目二层地址 ， 而帧尾中通常包含校验信息 ， 头尾之间的内容即是用户的数据 。
数据链路层涵盖的功能很多 ， 所以又将它划分为两个子层 ， MAC（Media Access Control ， 介质访问控制）层和LLC（Logical Link Control ， 逻辑链路控制）层 。常见的局域网和城域网的二层标准是IEEE的802协议 。而在广域网中 ， HDLC（High-level Data Link Control ， 高级链路控制）、PPP（Point-to-Point Protocol ， 点对点协议）和Frame Relay（帧中继）等协议都有广泛的使用 。
路由是第三层的概念 。网络层在Internet中是最重要的 ， 它的功能是端到端的传输 ， 这里端到端的含义是无论两台计算机相距多远 ， 中间相隔多少个网络 ， 这一层保障它们可以互相通信 。例如我们常用的PING命令就是一个网络层的命令 ， PING通了 ， 就是指网络层的功能正常了 。通常 ， 网络层不保障通讯的可靠性 ， 也就是说 ， 虽然正常情况下数据可以到达目的地 ， 但即便出现异常 ， 网络层也不作任何更正和恢复的工作 。
网络层常用的协议有IP、IPX、APPLETALK等等 ， 其中IP协议更是Internet的基石 。在TCP/IP协议体系中 ， 第三层的其他辅助协议还包括ARP（地址解析） 、RARP（反向地址解析）、 ICMP（网际报文控制）和IGMP（组治理协议）等等 。由于网络互连设备都具有路径选择功能 ， 所以我们经常将 RIP、OSPF等路选协议也放在这一层讨论 。
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