二层交换机与三层交换机在组网上的区别

二层交换机与三层交换机在组网上的区别 简单的讲二层交换机工作在数据链路层(第二层),三层交换机工作在网络层(第三层 ) 二层交换机 二层交换技术是发展比较成熟二层交换机属数据链路层设备可以识别数据包中的MAC地址信息根据MAC地址进行转发并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址中。具体的工作如下 1 当交换机从某个端口收到一个数据包它先读取包头中的源MAC地址这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的 2 再去读取包头中的目的MAC地址并在地址表中查找相应的端口 3 如表中有与这目的MAC地址对应的端口把数据包直接复制到这端口上 4 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上当目的机器对源机器回应时交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。 不断的循环这个过程对于全网的MAC地址信息都可以学习到二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。 从二层交换机的工作原理可以推知以下三点 1 由于交换机对多数端口的数据进行同时交换这就要求具有很宽的交换总线带宽如果二层交换机有N个端口每个端口的带宽是M交换机总线带宽超过N×M那么这交换机就可以实现线速交换 2 学习端口连接的机器的MAC地址写入地址表地址表的大小(一般两种表示方式一为BEFFER RAM一为MAC表项数值),地址表大小影响交换机的接入容量 3 还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC Application specific Integrated Circuit芯片因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家采用ASIC不同直接影响产品性能。 三层交换机 三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换所具有的路由功能也是为这目的服务的能够做到一次路由多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能由软件实现。 应用背景 出于安全和管理方便的考虑主要是为了减小广播风暴的危害必须把大型局域网按功能或地域等因素划成一个个小的局域网这就使VLAN技术在网络中得以大量应用而各个不同VLAN间的通信都要经过路由器来完成 转发随着网间互访的不断增加。单纯使用路由器来实现网间访问不但由于端口数量有限而且路由速度较慢从而限制了网络的规模和访问速度。基于这种情况三层交换机便应运而生三层交换机是为IP的接口类型简单拥有很强二层包处理能力非常适用于大型局域网内的数据路由与交换它既可以工作在协议第三层替代或部分完成传统路由器的功能同时又具有几乎第二层交换的速度且价格相对便宜些。 在企业网和教学网中一般会将三层交换机用在网络的核心层用三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或VLAN。不过应清醒认识到三层交换机出现最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换所具备的路由功能也多是围绕这一目的而展开的所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。毕竟在安全、协议支持等方面还有许多欠缺并不能完全取代路由器工作。 在实际应用过程中典型的做法是处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLAN间的路由用三层交换机来代替路由器而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域的网络访问时才通过专业路由器。 三层交换机工作原理 三层交换技术就是二层交换技术三层转发技术。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。应用第三层交换技术即可实现网络路由的功能又可以根据不同的网络状况做到最优的网络性能。 为什么使用三层交换机? 1、网络骨干少不了三层交换 要说三层交换机在诸多网络设备中的作用用“中流砥柱”形容并不为过。在校园网、城域教育网中从骨干网、城域网骨干、汇聚层都有三层交换机的用武之地尤其是核心骨干网一定要用三层交换机否则整个网络成千上万台的计算机都在一个子网中不仅毫无安全可言也会因为无法分割广播域而无法隔离广播风暴。 如果采用传统的路由器虽然可以隔离广播但是性能又得不到保障。而三层交换机的性能非常高既有三层路由的功能又具有二层交换的网络速度。二层交换是基于MAC寻址三层交换则是转发基于第三层地址的业务流除了必要的路由决定过程外大部分数据转发过程由二层交换处理提高了数据包转发的效率。 三层交换机通过使用硬件交换机构实现了IP的路由功能其优化的路由软件使得路由过程效率提高解决了传统路由器软件路由的速度问题。因此可以说三层交换机具有“路由器的功能、交换机的性能”。 2、连接子网少不了三层交换 同一网络上的计算机如果超过一定数量(通常在200台左右视通信协议而定)就很可能会因为网络上大量的广播而导致网络传输效率低下。为了避免在大型交换机上进行广播所引起的广播风暴可将其进一步划分为多个虚拟网(VLAN)。但是这样做将导致一个问题VLAN之间的通信必须通过路由器来实现。但是传统路由器也难以胜任VLAN之间的通信任务因为相对于局域网的网络流量来说传统的普通路由器的路由能力太弱。 而且千兆级路由器的价格也是非常难以接受的。如果使用三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或VLAN就在保持性能的前提下经济地解决了子网划分之后子网之间必须依赖路由器进行通信的问题因此三层交换机是连接子网的理想设备。 使用三层交换机的好处 除了优秀的性能之外三层交换机还具有一些传统的二层交换机没有的特性这些特性可以给校园网和城域教育网的建设带来许多好处列举如下。 1、高可扩充性 三层交换机在连接多个子网时子网只是与第三层交换模块建立逻辑连接不像传统外接路由器那样需要增加端口从而保护了用户对校园网、城域教育网的投资。并满足学校35年网络应用快速增长的需要。 2、高性价比 三层交换机具有连接大型网络的能力功能基本上可以取代某些传统路由器但是价格却接近二层交换机。现在一台百兆三层交换机的价格只有几万元与高端的二层交换机的价格差不多。 3、内置安全机制 三层交换机可以与普通路由器一样具有访问列表的功能可以实现不同VLAN间的单向或双向通讯。如果在访问列表中进行设置可以限制用户访问特定的IP地址这样学校就可以禁止学生访问不健康的站点。 访问列表不仅可以用于禁止内部用户访问某些站点也可以用于防止校园网、城域教育网外部的非法用户访问校园网、城域教育网内部的网络资源从而提高网络的安全。 4、适合多媒体传输 教育网经常需要传输多媒体信息这是教育网的一个特色。三层交换机具有QoS(服务质量)的控制功能可以给不同的应用程序分配不同的带宽。 例如在校园网、城域教育网中传输视频流时就可以专门为视频传输预留一定量的专用带宽相当于在网络中开辟了专用通道其他的应用程序不能占用这些预留的带宽因此能够保证视频流传输的稳定性。而普通的二层交换机就没有这种特性因此在传输视频数据时就会出现视频忽快忽慢的抖动现象。 另外视频点播(VOD)也是教育网中经常使用的业务。但是由于有些视频点播系统使用广播来传输而广播包是不能实现跨网段的这样VOD就不能实现跨网段进行如果采用单播形式实现VOD虽然可以实现跨网段但是支持的同时连接数就非常少一般几十个连接就占用了全部带宽。而三层交换机具有组播功能VOD的数据包以组播的形式发向各个子网既实现了跨网段传输又保证了VOD的性能。 5、计费功能 在高校校园网及有些地区的城域教育网中很可能有计费的需求因为三层交换机可以识别数据包中的IP地址信息因此可以统计网络中计算机的数据流量可以按流量计费也可以统计计算机连接在网络上的时间按时间进行计费。而普通的二层交换机就难以同时做到这两点。