三層交換機(什么是三層交換機)
1.什么是三層交換機
隨著互連網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展和社會信息化的推進，網(wǎng)絡(luò)在規(guī)模和速度方面都在急劇發(fā)展，局域望網(wǎng)的速度已經(jīng)從開始的10mbit發(fā)展到100mbit，現(xiàn)在千兆以太網(wǎng)正得到廣泛的應(yīng)用。
以前在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)方面我們都是使用共享型局域網(wǎng)，即共享同一條網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)，典型的訪問控制方式上CSMA/CD,TOKEN RING,TOKEN BUS。交換局域網(wǎng)是指以數(shù)據(jù)鏈路層的貞為交換單位它從根本上結(jié)局了共享型以太網(wǎng)的速度問題。
它允許多個結(jié)點同時進行通信，每個結(jié)點可以獨占傳輸通道和帶寬。這樣地一層和第二層的速度問題都得到了解決。
但是傳統(tǒng)的路由器技術(shù)一直沒有大的進步，在速度上難以滿足人們對高速度的需求。所以人們提出了三層交換技術(shù)的概念。
說它是路由器，因為它可操作在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的第三層，是一種路由理解設(shè)備并可起到路由決定的作用；說它是交換機，是因為它的速度極快，幾乎達到第二層交換的速度。這也是本篇要介紹的主題，什么是三層交換技術(shù)呢。
我們先介紹一下OSI模型，被廣泛公認的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）的開放系統(tǒng)互連模型（OSI），它蠶蛹的層次化的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，將一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分成七層定義，我們只介紹低三層，上面四層都是涉及到具體的應(yīng)用。 第一層 物理層： 物理層是進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)，完全由硬件夠成，由物理層構(gòu)成數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ判诺馈?/p>
物理層傳輸?shù)闹皇莃it流，規(guī)定了通道的機械，電氣特性和跟上一層之間的接口。我門經(jīng)常用的調(diào)制解調(diào)器（MODENM）和集線器（HUB）都是屬于物理層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
第二層 數(shù)據(jù)鏈路層： 數(shù)據(jù)鏈路層將提供的數(shù)據(jù)鏈路的控制和差錯校驗功能，將不可靠的物理鏈路變成可靠的數(shù)據(jù)鏈路。數(shù)據(jù)鏈路層的通信是以貞為單位，我們熟悉的交換技術(shù)也就是通過交換機實現(xiàn)的貞的交換技術(shù)，傳統(tǒng)的交換機（二層交換機）是數(shù)據(jù)鏈路層的典型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其前身是網(wǎng)橋，網(wǎng)橋工作在網(wǎng)絡(luò)的第二層，它的作用之一是隔離網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴.交換機只能連接同一個子網(wǎng)的計算機，如果計算機的IP地址不在同一個子網(wǎng)中則只靠交換機不能實現(xiàn)通信，還要靠第三層中的路由器。
第三層 網(wǎng)絡(luò)層： 網(wǎng)絡(luò)層在OSI模型中可以說是至關(guān)重要的一層，它起到了承上啟下的重要作用，如上段所說它負責(zé)子網(wǎng)之間的通信，著名的TCP/IP協(xié)議就是網(wǎng)絡(luò)層中的協(xié)議。兩個子網(wǎng)之間的通信要考具有路由功能的路由器。
從一個子網(wǎng)中發(fā)出數(shù)據(jù)包如果要到達另外一個子網(wǎng)中的計算機結(jié)點就要通過路由器計算出傳輸?shù)穆窂健? 我們已經(jīng)介紹了OSI的底三層，其實三層交換技術(shù)中的‘三層’就是指的OSI的第三層網(wǎng)絡(luò)層。
它是相對于傳統(tǒng)的二層交換技術(shù)來講的。既然三層交換機處于第但層肯定是用于子網(wǎng)之間的連接和通信，也就是具有路由功能。
它在第三層實現(xiàn)的數(shù)據(jù)包的數(shù)據(jù)包的告訴轉(zhuǎn)發(fā)，簡單的說三層交換技術(shù)=二層交換技術(shù)+三層路由功能，我們也可以理解成三層交換機=二層交換機+傳統(tǒng)的路由器。三層交換機具有交換機的性能和路由器的功能。
三層交換機適用的情況： 二層交換機主要應(yīng)用于小型的局域網(wǎng)中，帶機的數(shù)量在20臺機左右。在這種環(huán)境中網(wǎng)絡(luò)廣播包對速度的影響不是很大。
二層交換機的快速交換功能、多個接入端口和低廉價格為小型網(wǎng)絡(luò)用戶提供了很完善的解決方案。在這種小型網(wǎng)絡(luò)中根本沒必要引入路由功能從而增加管理的難度和費用，所以沒有必要使用路由器，當(dāng)然也沒有必要使用三層交換機。
在大型局域網(wǎng)，校園網(wǎng)，核心骨干網(wǎng)絡(luò)中是必須要使用三層交換機的。如果不使用三層交換機所有的計算機都在一個子網(wǎng)中。
形成的廣播風(fēng)暴足以使整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓。而且安全性也是很差。
也許大家說可以使用傳統(tǒng)的路由器。雖然使用路由器可以起到隔離廣播的作用可以性能又達不到。
三層交換機通過使用硬件交換機構(gòu)實現(xiàn)了IP的路由功能，其優(yōu)化的路由軟件使得路由過程效率提高，解決了傳統(tǒng)路由器軟件路由的速度問題。如上面所說三層交換機還有重要的作用就是在保證速度的情況下連接子網(wǎng)。
為了減少在同一個網(wǎng)絡(luò)中計算機的數(shù)量不能太大。所以要進一補劃分出許多的IP子網(wǎng)來防止廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生。
那子網(wǎng)之間的任務(wù)也就要依賴三層交換機了這個“中流砥柱”了。同樣是由于傳統(tǒng)路由器的能力太弱。
而千兆級路由器的價格又難以接受。一般三級交換機的價格在10000元左右，而千兆級路由器的價格則是在“ ”范圍之間。
除了高性價比之外，三層具有可擴展行，三層交換機在連接多個子網(wǎng)是，子網(wǎng)只是與第三層交換模塊建立邏輯連接不需要傳統(tǒng)路由器需要增加端口。如果需要增加網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，由于預(yù)留了各種擴展模塊接口，不需要對原來的網(wǎng)絡(luò)布局和原來的設(shè)備進行改動就可以直接擴充設(shè)備，保護了原有的投資。
高安全性也是三層交換機吸引人的重要方面。三層交換機處于核心的網(wǎng)絡(luò)層肯定是網(wǎng)絡(luò)黑客攻擊的對象，在軟件方面配置可靠性高的放火墻，可以阻止不明身份的數(shù)據(jù)包。
而且可以訪問列表，通過訪問列表的設(shè)置就可以限制內(nèi)部用戶訪問一些特別的IP地址。而且可以防止外部的非法訪問者訪問內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。
路由器和交換機的區(qū)別：/z/q860072087.htm。
2.正確的三層交換機的原理和設(shè)計概念是什么
1。
引言傳統(tǒng)路由器在網(wǎng)絡(luò)中起到隔離網(wǎng)絡(luò)、隔離廣播、路由轉(zhuǎn)發(fā)以及防火墻的作業(yè)，并且隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，路由器的負荷也在迅速增長。其中一個重要原因是出于安全和管理方便等方面的考慮，VLAN（虛擬局域網(wǎng)）技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中大量應(yīng)用。
VLAN技術(shù)可以邏輯隔離各個不同的網(wǎng)段、端口甚至主機，而各個不同VLAN間的通信都要經(jīng)過路由器來完成轉(zhuǎn)發(fā)。 由于局域網(wǎng)中數(shù)據(jù)流量很大，VLAN間大量的信息交換都要通過路由器來完成轉(zhuǎn)發(fā)，這時候隨著數(shù)據(jù)流量的不斷增長路由器就成為了網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。
為了解決局域網(wǎng)絡(luò)的這個瓶頸，很多企業(yè)內(nèi)部、學(xué)校和小區(qū)建設(shè)局域網(wǎng)時都采用了三層交換機。三層交換技術(shù)將交換技術(shù)引入到網(wǎng)絡(luò)層，三層交換機的應(yīng)用也從最初網(wǎng)絡(luò)中心的骨干層、匯聚層一直滲透到網(wǎng)絡(luò)邊緣的接入層。
2。第三層交換技術(shù) 2。
1三層交換的概念第三層交換技術(shù)也稱為IP交換技術(shù)或高速路由技術(shù)等，是相對于傳統(tǒng)交換概念而提出的。眾所周知，傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在OSI 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型中的第二層—數(shù)據(jù)鏈路層進行操作的，而第三層交換技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層實現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。
簡單地說，第三層交換技術(shù)就是：第二層交換技術(shù)+第三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，這是一種利用第三層協(xié)議中的信息來加強第二層交換功能的機制。一個具有第三層交換功能的設(shè)備是一個帶有第三層路由功能的第二層交換機，但它是二者的有機結(jié)合，并不是簡單地把路由器設(shè)備的硬件及軟件簡單地疊加在局域網(wǎng)交換機上。
2。2三層交換的原理從硬件的實現(xiàn)上看，目前，第二層交換機的接口模塊都是通過高速背板/總線交換數(shù)據(jù)的。
在第三層交換機中，與路由器有關(guān)的第三層路由硬件模塊也插接在高速背板/總線上，這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊間高速地交換數(shù)據(jù)，從而突破了傳統(tǒng)的外接路由器接口速率的限制（10Mbit/s——100Mbit/s）。 在軟件方面，第三層交換機將傳統(tǒng)的基于軟件的路由器重新進行了界定： （1）。
數(shù)據(jù)封包的轉(zhuǎn)發(fā)：如IP/IPX封包的轉(zhuǎn)發(fā)，這些有規(guī)律的過程通過硬件高速實現(xiàn)； （2）。第三層路由軟件：如路由信息的更新、路由表維護、路由計算、路由的確定等功能，用優(yōu)化、高效的軟件實現(xiàn)。
假設(shè)有兩個使用IP協(xié)議的站點，通過第三層交換機進行通信的過程為：若發(fā)送站點A在開始發(fā)送時，已知目的站B的IP地址，但尚不知道它在局域網(wǎng)上發(fā)送所需要的MAC 地址，則需要采用地址解析（ARP）來確定B的MAC 地址。A把自己的IP 地址與B的IP 地址比較，采用其軟件中配置的子網(wǎng)掩碼提取出網(wǎng)絡(luò)地址來確定B是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。
若B 與A 在同一子網(wǎng)內(nèi)，A 廣播一個ARP 請求，B 返回其MAC 地址，A 得到B 的MAC 地址后將這一地址緩存起來，并用此MAC 地址封包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，第二層交換模塊查找MAC 地址表確定將數(shù)據(jù)包發(fā)向目的端口。若兩個站點不在同一子網(wǎng)內(nèi)，則A 要向"缺省網(wǎng)關(guān)"發(fā)出ARP（地址解析）封包，而"缺省網(wǎng)關(guān)"的IP 地址已經(jīng)在系統(tǒng)軟件中設(shè)置，這個IP 地址實際上對應(yīng)第三層交換機的第三層交換模塊。
當(dāng)A 對"缺省網(wǎng)關(guān)"的IP 地址廣播出一個ARP 請求時，若第三層交換模塊在以往的通信過程中已得到B 的MAC 地址，則向發(fā)送站A 回復(fù)B 的MAC 地址；否則第三層交換模塊根據(jù)路由信息向目的站廣播一個ARP 請求，B 得到此ARP 請求后向第三層交換模塊回復(fù)其MAC 地址，第三層交換模塊保存此地址并回復(fù)給發(fā)送站A 。 以后，當(dāng)再進行A 與B 之間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時，將用最終的目的站點的MAC 地址封包，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程全部交給第二層交換處理，信息得以高速交換。
3.什么是三層交換機呢
三層交換技術(shù)一個具有第三層交換功能的設(shè)備是一個帶有第三層路由功能的第二層交換機，但它是二者的有機結(jié)合，并不是簡單的把路由器設(shè)備的硬件及軟件簡單地疊加在局域網(wǎng)交換機上。
從硬件上看，第二層交換機的接口模塊都是通過高速背板/總線（速率可高達幾十Gbit/s）交換數(shù)據(jù)的，在第三層交換機中，與路由器有關(guān)的第三層路由硬件模塊也插接在高速背板/總線上，這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊間高速的交換數(shù)據(jù)，從而突破了傳統(tǒng)的外接路由器接口速率的限制。 在軟件方面，第三層交換機也有重大的舉措，它將傳統(tǒng)的基于軟件的路由器軟件進行了界定。
其做法是：對于數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)：如IP/IPX包的轉(zhuǎn)發(fā)，這些規(guī)律的過程通過硬件得以高速實現(xiàn)。對于第三層路由軟件：如路由信息的更新、路由表維護、路由計算、路由的確定等功能，用優(yōu)化、高效的軟件實現(xiàn)。
假設(shè)兩個使用IP協(xié)議的機器通過第三層交換機進行通信的過程，機器A在開始發(fā)送時，已知目的IP地址，但尚不知道在局域網(wǎng)上發(fā)送所需要的MAC地址。要采用地址解析（ARP）來確定目的MAC地址。
機器A把自己的IP地址與目的IP地址比較，從其軟件中配置的子網(wǎng)掩碼提取出網(wǎng)絡(luò)地址來確定目的機器是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。 若目的機器B與機器A在同一子網(wǎng)內(nèi)，A廣播一個ARP請求，B返回其MAC地址，A得到目的機器B的MAC地址后將這一地址緩存起來，并用此MAC地址封包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，第二層交換模塊查找MAC地址表確定將數(shù)據(jù)包發(fā)向目的端口。
若兩個機器不在同一子網(wǎng)內(nèi)，如發(fā)送機器A要與目的機器C通信，發(fā)送機器A要向“缺省網(wǎng)關(guān)”發(fā)出ARP包，而“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址已經(jīng)在系統(tǒng)軟件中設(shè)置。 這個IP地址實際上對應(yīng)第三層交換機的第三層交換模塊。
所以當(dāng)發(fā)送機器A對“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址廣播出一個ARP請求時，若第三層交換模塊在以往的通信過程中已得到目的機器C的MAC地址，則向發(fā)送機器A回復(fù)C的MAC地址；否則第三層交換模塊根據(jù)路由信息向目的機器廣播一個ARP請求，目的機器C得到此ARP請示后向第三層交換模塊回復(fù)其MAC地址，第三層交換模塊保存此地址并回復(fù)給發(fā)送機器A。 以后，當(dāng)再進行A與C之間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)進，將用最終的目的機器的MAC地址封裝，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程全部交給第二層交換處理，信息得以高速交換。
既所謂的一次選路，多次交換。 第三層交換具有以下突出特點：有機的硬件結(jié)合使得數(shù)據(jù)交換加速；優(yōu)化的路由軟件使 得路由過程效率提高；除了必要的路由決定過程外，大部分數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程由第二層交換處理；多個子網(wǎng)互連時只是與第三層交換模塊的邏輯連接，不象傳統(tǒng)的外接路由器那樣需增加端口，保護了用戶的投資。
4.交換機原理的三層概念
使用MAC地址，完成對幀的操作。
交換機的IP地址做管理用，交換機的IP地址實際是VLAN的IP。
一個VLAN一個廣播域，不同VLAN的主機間訪問，相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)間的訪問，要通過路由實現(xiàn)。
不同VLAN間主機的訪問有以下幾種情況：
(1)兩個VLAN分別接入路由器的兩個物理接口。這是路由器的基本應(yīng)用。
(2)兩個VLAN通過trunk接入路由器的一個物理接口，這是應(yīng)用于子接口的單臂路由。
(3)使用具有三層交換模塊的交換機。Cisco的3550和華為的3526都是基本的三層交換機。
1）通過VLAN的IP地址做網(wǎng)關(guān)，實現(xiàn)三層交換，要求設(shè)置VLAN的IP地址。
2）將端口設(shè)置在三層工作，要求端口設(shè)置no switchport，再設(shè)置端口的IP地址。 交換機通道技術(shù)是將交換機的幾個端口捆綁使用，即端口的聚合。
使用通道技術(shù)一個方面提高了帶寬，同時提高了線路的可靠性。
但是如果設(shè)置不當(dāng)，有可能產(chǎn)生環(huán)路，造成廣播風(fēng)暴堵塞網(wǎng)絡(luò)。
要聚合的端口要劃分到指定的VLAN或trunk。
配置三層通道時，先要進入通道，再用no switchport命令關(guān)閉二層，設(shè)置通道IP地址。
一個通道一般小于8個接口，接口參數(shù)應(yīng)該一致，如工作模式、封裝的協(xié)議、端口類型。 端口的聚合有兩種方式，一種是手動的方式，一個是自動協(xié)商的方式。
手動的方式很簡單，設(shè)置端口成員鏈路兩端的模式為“on”。命令格式為：
channel-group <number> mode on
自動方式有兩種類型：
PAgP(Port Aggregation Protocol)和LACP(Link aggregation Control Protocol)。
PAgP:Cisco設(shè)備的端口聚合協(xié)議，有auto和desirable兩種模式。
auto模式在協(xié)商中只收不發(fā)，desirable模式的端口收發(fā)協(xié)商的數(shù)據(jù)包。
LACP：標(biāo)準(zhǔn)的端口聚合協(xié)議802.3ad，有active和passive兩種模式。
active相當(dāng)于PAgP的auto，而passive相當(dāng)于PAgP的desirable。 通道端口間的負載平衡有兩種方式，基于源MAC的轉(zhuǎn)發(fā)和基于目的MAC的轉(zhuǎn)發(fā)。
scr-mac：源MAC地址相同的數(shù)據(jù)幀使用同一個端口轉(zhuǎn)發(fā)。
dst-mac：目的MAC地址相同的數(shù)據(jù)幀使用同一個端口轉(zhuǎn)發(fā)。
5.三層交換技術(shù)的基本原理是什么
三層交換技術(shù)的基本原理： 對于第三層路由軟件：如路由信息的更新、路由表維護、路由計算、路由的確定等功能，用優(yōu)化、高效的軟件實現(xiàn)。
假設(shè)兩個使用IP協(xié)議的機器通過第三層交換機進行通信的過程，機器A在開始發(fā)送時，已知目的IP地址，但尚不知道在局域網(wǎng)上發(fā)送所需要的MAC地址。 要采用地址解析（ARP）來確定目的MAC地址。
機器A把自己的IP地址與目的IP地址比較，從其軟件中配置的子網(wǎng)掩碼提取出網(wǎng)絡(luò)地址來確定目的機器是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。若目的機器B與機器A在同一子網(wǎng)內(nèi)，A廣播一個ARP請求，B返回其MAC地址，A得到目的機器B的MAC地址后將這一地址緩存起來，并用此MAC地址封包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，第二層交換模塊查找MAC地址表確定將數(shù)據(jù)包發(fā)向目的端口。
若兩個機器不在同一子網(wǎng)內(nèi)，如發(fā)送機器A要與目的機器C通信，發(fā)送機器A要向“缺省網(wǎng)關(guān)”發(fā)出ARP包，而“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址已經(jīng)在系統(tǒng)軟件中設(shè)置。這個IP地址實際上對應(yīng)第三層交換機的第三層交換模塊。
所以當(dāng)發(fā)送機器A對“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址廣播出一個ARP請求時，若第三層交換模塊在以往的通信過程中已得到目的機器C的MAC地址，則向發(fā)送機器A回復(fù)C的 MAC地址；否則第三層交換模塊根據(jù)路由信息向目的機器廣播一個ARP請求，目的機器C得到此ARP請示后向第三層交換模塊回復(fù)其MAC地址，第三層交換模塊保存此地址并回復(fù)給發(fā)送機器A。 以后，當(dāng)再進行A與C之間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)進，將用最終的目的機器的MAC地址封裝，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程全部交給第二層交換處理，信息得以高速交換。
既所謂的一次選路，多次交換。對于第三層路由軟件：如路由信息的更新、路由表維護、路由計算、路由的確定等功能，用優(yōu)化、高效的軟件實現(xiàn)。
二層交換機主要用在小型局域網(wǎng)中，機器數(shù)量在 二、三十臺以下，這樣的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，廣播包影響不大，二層交換機的快速交換功能、多個接入端口和低廉價格為小型網(wǎng)絡(luò)用戶提供了很完善的解決方案。在這種小型網(wǎng)絡(luò)中根本沒必要引入路由功能從而增加管理的難度和費用，所以沒有必要使用路由器，當(dāng)然也沒有必要使用三層交換機。
三層交換機是為IP設(shè)計的，接口類型簡單，擁有很強二層包處理能力，所以適用于大型局域網(wǎng)，為了減小廣播風(fēng)暴的危害，必須把大型局域網(wǎng)按功能或地域等因素劃他成一個一個的小局域網(wǎng)，也就是一個一個的小網(wǎng)段（如：采用vlan技術(shù)），這樣必然導(dǎo)致不同網(wǎng)段這間存在大量的互訪，單純使用二層交換機沒辦法實現(xiàn)網(wǎng)間的互訪而單純使用路由器，則由于端口數(shù)量有限，路由速度較慢，而限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和訪問速度，所以這種環(huán)境下，由二層交換技術(shù)和路由技術(shù)有機結(jié)合而成的三層交換機就最為適合。 路由器端口類型多，支持的三層協(xié)議多，路由能力強，所以適合于在大型網(wǎng)絡(luò)之間的互連，雖然不少三層交換機甚至二層交換機都有異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的互連端口，但一般大型網(wǎng)絡(luò)的互連端口不多，互連設(shè)備的主要功能不在于在端口之間進行快速交換，而是要選擇最佳路徑，進行負載分擔(dān)，鏈路備份和最重要的與其它網(wǎng)絡(luò)進行路由信息交換，所有這些都是路由完成的功能。
