三層交換機和兩層交換機的區(qū)別 - 全文

　　什么是二層交換機

　　二層交換機工作于OSI模型的第2層（數(shù)據(jù)鏈路層），故而稱為二層交換機。二層交換技術的發(fā)展已經(jīng)比較成熟，二層交換機屬數(shù)據(jù)鏈路層設備，可以識別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進行轉(zhuǎn)發(fā)，并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內(nèi)部的一個地址表中。

　　工作流程

　　過程

　?。?） 當交換機從某個端口收到一個數(shù)據(jù)包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機器是連在哪個端口上的；

　?。?） 再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應的端口；

　?。?） 如表中有與這目的MAC地址對應的端口，把數(shù)據(jù)包直接復制到這端口上；

　?。?） 如表中找不到相應的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當目的機器對源機器回應時，交換機又可以學習一目的MAC地址與哪個端口對應，在下次傳送數(shù)據(jù)時就不再需要對所有端口進行廣播了。

　　不斷的循環(huán)這個過程，對于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學習到，二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。

　　工作原理從二層交換機的工作原理可以推知以下三點：

　?。?） 由于交換機對多數(shù)端口的數(shù)據(jù)進行同時交換，這就要求具有很寬的交換總線帶寬，如果二層交換機有N個端口，每個端口的帶寬是M，交換機總線帶寬超過N×M，那么這交換機就可以實現(xiàn)線速交換；

　?。?） 學習端口連接的機器的MAC地址，寫入地址表，地址表的大?。ㄒ话銉煞N表示方式：一為BUFFER RAM，一為MAC表項數(shù)值），地址表大小影響交換機的接入容量；

　?。?） 還有一個就是二層交換機一般都含有專門用于處理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的ASIC （Application specific Integrated Circuit）芯片，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度可以做到非?？?。由于各個廠家采用ASIC不同，直接影響產(chǎn)品性能。

　　以上三點也是評判二三層交換機性能優(yōu)劣的主要技術參數(shù)，這一點請大家在考慮設備選型時注意比較。

　　什么是三層交換機

　　三層交換機就是具有部分路由器功能的交換機，三層交換機的最重要目的是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，所具有的路由功能也是為這目的服務的，能夠做到一次路由，多次轉(zhuǎn)發(fā)。對于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)等規(guī)律性的過程由硬件高速實現(xiàn)，而像路由信息更新、路由表維護、路由計算、路由確定等功能，由軟件實現(xiàn)。三層交換技術就是二層交換技術+三層轉(zhuǎn)發(fā)技術。傳統(tǒng)交換技術是在OSI網(wǎng)絡標準模型第二層——數(shù)據(jù)鏈路層進行操作的，而三層交換技術是在網(wǎng)絡模型中的第三層實現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)，既可實現(xiàn)網(wǎng)絡路由功能，又可根據(jù)不同網(wǎng)絡狀況做到最優(yōu)網(wǎng)絡性能。

　　應用目的

　　網(wǎng)絡骨干

　　要說三層交換機在諸多網(wǎng)絡設備中的作用，用“中流砥柱”形容并不為過。在校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)中，從骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)骨干、匯聚層都有三層交換機的用武之地，尤其是核心骨干網(wǎng)一定要用三層交換機，否則整個網(wǎng)絡成千上萬臺的計算機都在一個子網(wǎng)中，不僅毫無安全可言，也會因為無法分割廣播域而無法隔離廣播風暴。

　　如果采用傳統(tǒng)的路由器，雖然可以隔離廣播，但是性能又得不到保障。而三層交換機的性能非常高，既有三層路由的功能，又具有二層交換的網(wǎng)絡速度。二層交換是基于MAC尋址，三層交換則是轉(zhuǎn)發(fā)基于第三層地址的業(yè)務流；除了必要的路由決定過程外，大部分數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程由二層交換處理，提高了數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的效率。

　　三層交換機通過使用硬件交換機構實現(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。因此可以說，三層交換機具有“路由器的功能、交換機的性能”。

　　連接子網(wǎng)

　　同一網(wǎng)絡上的計算機如果超過一定數(shù)量（通常在200臺左右，視通信協(xié)議而定），就很可能會因為網(wǎng)絡上大量的廣播而導致網(wǎng)絡傳輸效率低下。為了避免在大型交換機上進行廣播所引起的廣播風暴，可將其進一步劃分為多個虛擬網(wǎng)（VLAN）。但是這樣做將導致一個問題：VLAN之間的通信必須通過路由器來實現(xiàn)。但是傳統(tǒng)路由器也難以勝任VLAN之間的通信任務，因為相對于局域網(wǎng)的網(wǎng)絡流量來說，傳統(tǒng)的普通路由器的路由能力太弱。

　　而且千兆級路由器的價格也是非常難以接受的。如果使用三層交換機上的千兆端口或百兆端口連接不同的子網(wǎng)或VLAN，就在保持性能的前提下，經(jīng)濟地解決了子網(wǎng)劃分之后子網(wǎng)之間必須依賴路由器進行通信的問題，因此三層交換機是連接子網(wǎng)的理想設備。

　　二層交換機、三層交換機的區(qū)別

　　主要區(qū)別：二層交換機工作在數(shù)據(jù)鏈路層，三層交換機工作在網(wǎng)絡層。

　　具體區(qū)別如下：

　　三層交換機使用了三層交換技術

　　簡單地說，三層交換技術就是：二層交換技術＋三層轉(zhuǎn)發(fā)技術。它解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復雜所造成的網(wǎng)絡瓶頸問題。

　　二層交換機工作于OSI模型的第2層（數(shù)據(jù)鏈路層），故而稱為二層交換機。二層交換技術是發(fā)展比較成熟，二層交換機屬數(shù)據(jù)鏈路層設備，可以識別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進行轉(zhuǎn)發(fā)，并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內(nèi)部的一個地址表中。

　　三層交換機就是具有部分路由器功能的交換機，三層交換機的最重要目的是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，所具有的路由功能也是為這目的服務的，能夠做到一次路由，多次轉(zhuǎn)發(fā)。對于數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)等規(guī)律性的過程由硬件高速實現(xiàn)，而像路由信息更新、路由表維護、路由計算、路由確定等功能，由軟件實現(xiàn)。三層交換技術就是二層交換技術+三層轉(zhuǎn)發(fā)技術。

　　傳統(tǒng)交換機從網(wǎng)橋發(fā)展而來，屬于OSI第二層即數(shù)據(jù)鏈路層設備。它根據(jù)MAC地址尋址，通過站表選擇路由，站表的建立和維護由交換機自動進行。路由器屬于OSI第三層即網(wǎng)絡層設備，它根據(jù)IP地址進行尋址，通過路由表路由協(xié)議產(chǎn)生。交換機最大的好處是快速，由于交換機只須識別幀中MAC地址，直接根據(jù)MAC地址產(chǎn)生選擇轉(zhuǎn)發(fā)端口算法簡單，便于ASIC實現(xiàn)，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度極高。但交換機的工作機制也帶來一些問題。

　　1.回路：根據(jù)交換機地址學習和站表建立算法，交換機之間不允許存在回路。一旦存在回路，必須啟動生成樹算法，阻塞掉產(chǎn)生回路的端口。而路由器的路由協(xié)議沒有這個問題，路由器之間可以有多條通路來平衡負載，提高可靠性。

　　2.負載集中：交換機之間只能有一條通路，使得信息集中在一條通信鏈路上，不能進行動態(tài)分配，以平衡負載。而路由器的路由協(xié)議算法可以避免這一點，OSPF路由協(xié)議算法不但能產(chǎn)生多條路由，而且能為不同的網(wǎng)絡應用選擇各自不同的最佳路由。

　　3.廣播控制：交換機只能縮小沖突域，而不能縮小廣播域。整個交換式網(wǎng)絡就是一個大的廣播域，廣播報文散到整個交換式網(wǎng)絡。而路由器可以隔離廣播域，廣播報文不能通過路由器繼續(xù)進行廣播。

　　4.子網(wǎng)劃分：交換機只能識別MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址結構，因此不能根據(jù)MAC地址來劃分子網(wǎng)。而路由器識別IP地址，IP地址由網(wǎng)絡管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有層次結構，被劃分成網(wǎng)絡號和主機號，可以非常方便地用于劃分子網(wǎng)，路由器的主要功能就是用于連接不同的網(wǎng)絡。

　　5.保密問題：雖說交換機也可以根據(jù)幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內(nèi)容對幀實施過濾，但路由器根據(jù)報文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等內(nèi)容對報文實施過濾，更加直觀方便。

　　6.介質(zhì)相關：交換機作為橋接設備也能完成不同鏈路層和物理層之間的轉(zhuǎn)換，但這種轉(zhuǎn)換過程比較復雜，不適合ASIC實現(xiàn)，勢必降低交換機的轉(zhuǎn)發(fā)速度。因此目前交換機主要完成相同或相似物理介質(zhì)和鏈路協(xié)議的網(wǎng)絡互連，而不會用來在物理介質(zhì)和鏈路層協(xié)議相差甚元的網(wǎng)絡之間進行互連。而路由器則不同，它主要用于不同網(wǎng)絡之間互連，因此能連接不同物理介質(zhì)、鏈路層協(xié)議和網(wǎng)絡層協(xié)議的網(wǎng)絡。路由器在功能上雖然占據(jù)了優(yōu)勢，但價格昂貴，報文轉(zhuǎn)發(fā)速度低。近幾年，交換機為提高性能做了許多改進，其中最突出的改進是虛擬網(wǎng)絡和三層交換。

　　劃分子網(wǎng)可以縮小廣播域，減少廣播風暴對網(wǎng)絡的影響。路由器每一接口連接一個子網(wǎng)，廣播報文不能經(jīng)過路由器廣播出去，連接在路由器不同接口的子網(wǎng)屬于不同子網(wǎng)，子網(wǎng)范圍由路由器物理劃分。對交換機而言，每一個端口對應一個網(wǎng)段，由于子網(wǎng)由若干網(wǎng)段構成，通過對交換機端口的組合，可以邏輯劃分子網(wǎng)。廣播報文只能在子網(wǎng)內(nèi)廣播，不能擴散到別的子網(wǎng)內(nèi)，通過合理劃分邏輯子網(wǎng)，達到控制廣播的目的。由于邏輯子網(wǎng)由交換機端口任意組合，沒有物理上的相關性，因此稱為虛擬子網(wǎng)，或叫虛擬網(wǎng)。虛擬網(wǎng)技術不用路由器就解決了廣播報文的隔離問題，且虛擬網(wǎng)內(nèi)網(wǎng)段與其物理位置無關，即相鄰網(wǎng)段可以屬于不同虛擬網(wǎng)，而相隔甚遠的兩個網(wǎng)段可能屬于不同虛擬網(wǎng)，而相隔甚遠的兩個網(wǎng)段可能屬于同一個虛擬網(wǎng)。不同虛擬網(wǎng)內(nèi)的終端之間不能相互通信，增強了對網(wǎng)絡內(nèi)數(shù)據(jù)的訪問控制。