安防之家訊： 小編要為大家介紹三層交換機的定義以及工作原理，希望大家能夠?qū)θ龑咏粨Q機的概念有一個初步的了解和認(rèn)識。

三層交換機的概述

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(wù)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(hù)、路由計算、路由確定等功能，由軟件實現(xiàn)。三層交換技術(shù)就是二層交換技術(shù)+三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。傳統(tǒng)交換技術(shù)是在OSI網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型第二層——數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行操作的，而三層交換技術(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)，既可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由功能，又可根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)狀況做到最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)性能。

三層交換機的工作原理

使用IP的設(shè)備A------------------------三層交換機------------------------使用IP的設(shè)備B

比如A要給B發(fā)送數(shù)據(jù)，已知目的IP，那么A就用子網(wǎng)掩碼取得網(wǎng)絡(luò)地址，判斷目的IP是否與自己在同一網(wǎng)段。

如果在同一網(wǎng)段，但不知道轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所需的MAC地址，A就發(fā)送一個ARP請求，B返回其MAC地址，A用此MAC封裝數(shù)據(jù)包并發(fā)送給交換機，交換機起用二層交換模塊，查找MAC地址表，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口。

如果目的IP地址顯示不是同一網(wǎng)段的，那么A要實現(xiàn)和B的通訊，在流緩存條目中沒有對應(yīng)MAC地址條目，就將第一個正常數(shù)據(jù)包發(fā)送向一個缺省網(wǎng)關(guān)，這個缺省網(wǎng)關(guān)一般在操作系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)好，對應(yīng)第三層路由模塊，所以可見對于不是同一子網(wǎng)的數(shù)據(jù)，最先在MAC表中放的是缺省網(wǎng)關(guān)的MAC地址；然后就由三層模塊接收到此數(shù)據(jù)包，查詢路由表以確定到達(dá)B的路由，將構(gòu)造一個新的幀頭，其中以缺省網(wǎng)關(guān)的MAC地址為源MAC地址，以主機B的MAC地址為目的MAC地址。通過一定的識別觸發(fā)機制，確立主機A與B的MAC地址及轉(zhuǎn)發(fā)端口的對應(yīng)關(guān)系，并記錄進(jìn)流緩存條目表，以后的A到B的數(shù)據(jù)，就直接交由二層交換模塊完成。這就通常所說的一次路由多次轉(zhuǎn)發(fā)。

表面上看，第三層交換機是第二層交換器與路由器的合二為一，然而這種結(jié)合并非簡單的物理結(jié)合，而是各取所長的邏輯結(jié)合。其重要表現(xiàn)是，當(dāng)某一信息源的第一個數(shù)據(jù)流進(jìn)行第三層交換后，其中的路由系統(tǒng)將會產(chǎn)生一個MAC地址與IP地址的映射表，并將該表存儲起來，當(dāng)同一信息源的后續(xù)數(shù)據(jù)流再次進(jìn)入交換環(huán)境時，交換機將根據(jù)第一次產(chǎn)生并保存的地址映射表，直接從第二層由源地址傳輸?shù)侥康牡刂?，不再?jīng)過第三路由系統(tǒng)處理，從而消除了路由選擇時造成的網(wǎng)絡(luò)延遲，提高了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)效率，解決了網(wǎng)間傳輸信息時路由產(chǎn)生的速率瓶頸。所以說，第三層交換機既可完成第二層交換機的端口交換功能，又可完成部分路由器的路由功能。即第三層交換機的交換機方案，實際上是一個能夠支持多層次動態(tài)集成的解決方案，雖然這種多層次動態(tài)集成功能在某些程度上也能由傳統(tǒng)路由器和第二層交換機搭載完成，但這種搭載方案與采用三層交換機相比，不僅需要更多的設(shè)備配置、占用更大的空間、設(shè)計更多的布線和花費更高的成本，而且數(shù)據(jù)傳輸性能也要差得多，因為在海量數(shù)據(jù)傳輸中，搭載方案中的路由器無法克服路由傳輸速率瓶頸。

顯然，第二層交換機和第三層交換機都是基于端口地址的端到端的交換過程，雖然這種基于MAC地址和IP地址的交換機技術(shù)，能夠極大地提高各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸率，但卻無法根據(jù)端口主機的應(yīng)用需求來自主確定或動態(tài)限制端口的交換過程和數(shù)據(jù)流量，即缺乏第四層智能應(yīng)用交換需求。第四層交換機不僅可以完成端到端交換，還能根據(jù)端口主機的應(yīng)用特點，確定或限制它的交換流量。簡單地說，第四層交換機是基于傳輸層數(shù)據(jù)包的交換過程的，是一類基于TCP/IP協(xié)議應(yīng)用層的用戶應(yīng)用交換需求的新型局域網(wǎng)交換機。第四層交換機支持TCP/UDP第四層以下的所有協(xié)議，可識別至少80個字節(jié)的數(shù)據(jù)包包頭長度，可根據(jù)TCP/UDP端口號來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包的應(yīng)用類型，從而實現(xiàn)應(yīng)用層的訪問控制和服務(wù)質(zhì)量保證。所以，與其說第四層交換機是硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，還不如說它是軟件網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。也就是說，第四層交換機是一類以軟件技術(shù)為主，以硬件技術(shù)為輔的網(wǎng)絡(luò)管理交換設(shè)備。

最后值得指出的是，某些人在不同程度上還存在一些模糊概念，認(rèn)為所謂第四層交換機實際上就是在第三層交換機上增加了具有通過辨別第四層協(xié)議端口的能力，僅在第三層交換機上增加了一些增值軟件罷了，因而并非工作在傳輸層，而是仍然在第三層上進(jìn)行交換操作，只不過是對第三層交換更加敏感而已，從根本上否定第四層交換的關(guān)鍵技術(shù)與作用。我們知道，數(shù)據(jù)包的第二層IEEE802.1P字段或第三層IPToS字段可以用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包本身的優(yōu)先級，我們說第四層交換機基于第四層數(shù)據(jù)包交換，這是說它可以根據(jù)第四層TCP/UDP端口號來分析數(shù)據(jù)包應(yīng)用類型，即第四層交換機不僅完全具備第三層交換機的所有交換功能和性能，還能支持第三層交換機不可能擁有的網(wǎng)絡(luò)流量和服務(wù)質(zhì)量控制的智能型功能。



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