三层交换机功能介绍及工作原理

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1、三层交换机功能介绍及工作原理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

2、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 设计的，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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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

8、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。