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問(wèn)題已開(kāi)啟 (普通問(wèn)題)

請(qǐng)問(wèn)什么是二層交換和三層交換��？

能給一些進(jìn)入交換機(jī)配置的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)么，小弟一點(diǎn)都不懂��！

提問(wèn)者: xuchun 提問(wèn)時(shí)間: 2010-04-20

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問(wèn)題答案 ( 2 )

二層交換技術(shù)是發(fā)展比較成熟，二層交換機(jī)屬數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，可以識(shí)別數(shù)據(jù)包中的MAC地
址信息，根據(jù)MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并將這些MAC地址與對(duì)應(yīng)的端口記錄在自己內(nèi)部的一個(gè)地
址表中。具體的工作流程如下：

（1）當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口收到一個(gè)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(jī)器是連在哪個(gè)端口上的；

（2）再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口；

（3）如表中有與這目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上；

（4）如表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)
時(shí)，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再需要對(duì)所
有端口進(jìn)行廣播了。

不斷的循環(huán)這個(gè)過(guò)程，對(duì)于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學(xué)習(xí)到，二層交換機(jī)就是這樣建立和
維護(hù)它自己的地址表。

從二層交換機(jī)的工作原理可以推知以下三點(diǎn)：

（1）由于交換機(jī)對(duì)多數(shù)端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行同時(shí)交換，這就要求具有很寬的交換總線帶寬，
如果二層交換機(jī)有N個(gè)端口，每個(gè)端口的帶寬是M，交換機(jī)總線帶寬超過(guò)N×M，那么這交換
機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)線速交換；

（2）學(xué)習(xí)端口連接的機(jī)器的MAC地址，寫(xiě)入地址表，地址表的大小（一般兩種表示方式：
一為BEFFER RAM，一為MAC表項(xiàng)數(shù)值），地址表大小影響交換機(jī)的接入容量；

（3）還有一個(gè)就是二層交換機(jī)一般都含有專(zhuān)門(mén)用于處理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的ASIC （Applicati
on specific Integrated Circuit）芯片，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度可以做到非常快。由于各個(gè)廠家
采用ASIC不同，直接影響產(chǎn)品性能。

以上三點(diǎn)也是評(píng)判二三層交換機(jī)性能優(yōu)劣的主要技術(shù)參數(shù)，這一點(diǎn)請(qǐng)大家在考慮設(shè)備選型
時(shí)注意比較。

（二）路由技術(shù)

路由器工作在OSI模型的第三層---網(wǎng)絡(luò)層操作，其工作模式與二層交換相似，但路由器工
作在第三層，這個(gè)區(qū)別決定了路由和交換在傳遞包時(shí)使用不同的控制信息，實(shí)現(xiàn)功能的方
式就不同。工作原理是在路由器的內(nèi)部也有一個(gè)表，這個(gè)表所標(biāo)示的是如果要去某一個(gè)地
方，下一步應(yīng)該向那里走，如果能從路由表中找到數(shù)據(jù)包下一步往那里走，把鏈路層信息
加上轉(zhuǎn)發(fā)出去；如果不能知道下一步走向那里，則將此包丟棄，然后返回一個(gè)信息交給源
地址。

路由技術(shù)實(shí)質(zhì)上來(lái)說(shuō)不過(guò)兩種功能：決定最優(yōu)路由和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。路由表中寫(xiě)入各種信息
，由路由算法計(jì)算出到達(dá)目的地址的最佳路徑，然后由相對(duì)簡(jiǎn)單直接的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制發(fā)送數(shù)據(jù)
包。接受數(shù)據(jù)的下一臺(tái)路由器依照相同的工作方式繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，依次類(lèi)推，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)
目的路由器。

而路由表的維護(hù)，也有兩種不同的方式。一種是路由信息的更新，將部分或者全部的路由
信息公布出去，路由器通過(guò)互相學(xué)習(xí)路由信息，就掌握了全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這一類(lèi)的路由
協(xié)議稱(chēng)為距離矢量路由協(xié)議；另一種是路由器將自己的鏈路狀態(tài)信息進(jìn)行廣播，通過(guò)互相
學(xué)習(xí)掌握全網(wǎng)的路由信息，進(jìn)而計(jì)算出最佳的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，這類(lèi)路由協(xié)議稱(chēng)為鏈路狀態(tài)路由
協(xié)議。

由于路由器需要做大量的路徑計(jì)算工作，一般處理器的工作能力直接決定其性能的優(yōu)劣。
當(dāng)然這一判斷還是對(duì)中低端路由器而言，因?yàn)楦叨寺酚善魍捎梅植际教幚硐到y(tǒng)體系設(shè)
計(jì)。

（三）三層交換技術(shù)

近年來(lái)的對(duì)三層技術(shù)的宣傳，耳朵都能起繭子，到處都在喊三層技術(shù)，有人說(shuō)這是個(gè)非常
新的技術(shù)，也有人說(shuō)，三層交換嘛，不就是路由器和二層交換機(jī)的堆疊，也沒(méi)有什么新的
玩意，事實(shí)果真如此嗎？下面先來(lái)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)來(lái)看看三層交換機(jī)的工作過(guò)程。

組網(wǎng)比較簡(jiǎn)單

使用IP的設(shè)備A------------------------三層交換機(jī)------------------------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(gè)ARP請(qǐng)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(jī)，交換機(jī)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(shí)現(xiàn)和B的通訊，在流緩存條目中沒(méi)有對(duì)應(yīng)
MAC地址條目，就將第一個(gè)正常數(shù)據(jù)包發(fā)送向一個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)，這個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)一般在操作系統(tǒng)
中已經(jīng)設(shè)好，對(duì)應(yīng)第三層路由模塊，所以可見(jiàn)對(duì)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(xún)路由表以確定到達(dá)B的
路由，將構(gòu)造一個(gè)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(jī)B的MAC地址
為目的MAC地址。通過(guò)一定的識(shí)別觸發(fā)機(jī)制，確立主機(jī)A與B的MAC地址及轉(zhuǎn)發(fā)端口的對(duì)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(shuō)的一次路由多次轉(zhuǎn)發(fā)。

以上就是三層交換機(jī)工作過(guò)程的簡(jiǎn)單概括，可以看出三層交換的特點(diǎn)：

由硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)。

這就不是簡(jiǎn)單的二層交換機(jī)和路由器的疊加，三層路由模塊直接疊加在二層交換的高速背
板總線上，突破了傳統(tǒng)路由器的接口速率限制，速率可達(dá)幾十Gbit/s。算上背板帶寬，這
些是三層交換機(jī)性能的兩個(gè)重要參數(shù)。

簡(jiǎn)潔的路由軟件使路由過(guò)程簡(jiǎn)化。

大部分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，除了必要的路由選擇交由路由軟件處理，都是又二層模塊高速轉(zhuǎn)發(fā)，
路由軟件大多都是經(jīng)過(guò)處理的高效優(yōu)化軟件，并不是簡(jiǎn)單照搬路由器中的軟件。

結(jié)論

二層交換機(jī)用于小型的局域網(wǎng)絡(luò)。這個(gè)就不用多言了，在小型局域網(wǎng)中，廣播包影響不大
，二層交換機(jī)的快速交換功能、多個(gè)接入端口和低謙價(jià)格為小型網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)提供了很完善的
解決方案。

路由器的優(yōu)點(diǎn)在于接口類(lèi)型豐富，支持的三層功能強(qiáng)大，路由能力強(qiáng)大，適合用于大型的
網(wǎng)絡(luò)間的路由，它的優(yōu)勢(shì)在于選擇最佳路由，負(fù)荷分擔(dān)，鏈路備份及和其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由
信息的交換等等路由器所具有功能。

三層交換機(jī)的最重要的功能是加快大型局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)，加入路由功能也
是為這個(gè)目的服務(wù)的。如果把大型網(wǎng)絡(luò)按照部門(mén)，地域等等因素劃分成一個(gè)個(gè)小局域網(wǎng)，
這將導(dǎo)致大量的網(wǎng)際互訪，單純的使用二層交換機(jī)不能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)際互訪；如單純的使用路由
器，由于接口數(shù)量有限和路由轉(zhuǎn)發(fā)速度慢，將限制網(wǎng)絡(luò)的速度和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，采用具有路由
功能的快速轉(zhuǎn)發(fā)的三層交換機(jī)就成為首選。

一般來(lái)說(shuō)，在內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量大，要求快速轉(zhuǎn)發(fā)響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中，如全部由三層交換機(jī)來(lái)做這
個(gè)工作，會(huì)造成三層交換機(jī)負(fù)擔(dān)過(guò)重，響應(yīng)速度受影響，將網(wǎng)間的路由交由路由器去完成
，充分發(fā)揮不同設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)，不失為一種好的組網(wǎng)策略，當(dāng)然，前提是客戶(hù)的腰包很鼓，
不然就退而求其次，讓三層交換機(jī)也兼為網(wǎng)際互連。

第四層交換的一個(gè)簡(jiǎn)單定義是：它是一種功能，它決定傳輸不僅僅依據(jù)MAC地址(第二層網(wǎng)
橋)或源/目標(biāo)IP地址(第三層路由),而且依據(jù)TCP/UDP(第四層) 應(yīng)用端口號(hào)。第四層交換功
能就象是虛IP，指向物理服務(wù)器。它傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)服從的協(xié)議多種多樣，有HTTP、FTP、NFS
、Telnet或其他協(xié)議。這些業(yè)務(wù)在物理服務(wù)器基礎(chǔ)上，需要復(fù)雜的載量平衡算法。在IP世
界，業(yè)務(wù)類(lèi)型由終端TCP或UDP端口地址來(lái)決定，在第四層交換中的應(yīng)用區(qū)間則由源端和終
端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。
　在第四層交換中為每個(gè)供搜尋使用的服務(wù)器組設(shè)立虛IP地址（VIP），每組服務(wù)器支持
某種應(yīng)用。在域名服務(wù)器（DNS）中存儲(chǔ)的每個(gè)應(yīng)用服務(wù)器地址是VIP，而不是真實(shí)的服務(wù)
器地址。
　當(dāng)某用戶(hù)申請(qǐng)應(yīng)用時(shí)，一個(gè)帶有目標(biāo)服務(wù)器組的VIP連接請(qǐng)求（例如一個(gè)TCP SYN包）發(fā)
給服務(wù)器交換機(jī)。服務(wù)器交換機(jī)在組中選取最好的服務(wù)器，將終端地址中的VIP用實(shí)際服務(wù)
器的IP取代，并將連接請(qǐng)求傳給服務(wù)器。這樣，同一區(qū)間所有的包由服務(wù)器交換機(jī)進(jìn)行映
射，在用戶(hù)和同一服務(wù)器間進(jìn)行傳輸。
第四層交換的原理
　 OSI模型的第四層是傳輸層。傳輸層負(fù)責(zé)端對(duì)端通信，即在網(wǎng)絡(luò)源和目標(biāo)系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)
通信。在IP協(xié)議棧中這是TCP（一種傳輸協(xié)議）和UDP（用戶(hù)數(shù)據(jù)包協(xié)議）所在的協(xié)議層。

　在第四層中，TCP和UDP標(biāo)題包含端口號(hào)（portnumber），它們可以唯一區(qū)分每個(gè)數(shù)據(jù)包
包含哪些應(yīng)用協(xié)議（例如HTTP、FTP等）。端點(diǎn)系統(tǒng)利用這種信息來(lái)區(qū)分包中的數(shù)據(jù)，尤其
是端口號(hào)使一個(gè)接收端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠確定它所收到的IP包類(lèi)型，并把它交給合適的高層
軟件。端口號(hào)和設(shè)備IP地址的組合通常稱(chēng)作“插口（socket）”。
　 1和255之間的端口號(hào)被保留，他們稱(chēng)為“熟知”端口，也就是說(shuō)，在所有主機(jī)TCP/I

P協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)中，這些端口號(hào)是相同的。除了“熟知”端口外，標(biāo)準(zhǔn)UNIX服務(wù)分配在256到
1024端口范圍，定制的應(yīng)用一般在1024以上分配端口號(hào).
　　分配端口號(hào)的最近清單可以在RFc1700”Assigned Numbers”上找到。TCP／UDP端

口號(hào)提供的附加信息可以為網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)所利用，這是第4層交換的基礎(chǔ)。
　　"熟知"端口號(hào)舉例:
　　
　　　　　　應(yīng)用協(xié)議　　　　端口號(hào)
　　　　　　 FTP　　　　　　　 20（數(shù)據(jù)）
　　　　　　　　　　　　　　　　　 21（控制）
　　　　　　 TELNET　　　　23
　　　　　　 SMTP　　　　　 25
　　　　　　 HTTP　　　　　　 80
　　　　　　 NNTP　　　　　 119
　　　　　　 NNMP　　　　　 16
　　　　　　　　　　　　　　　　　 162（SNMP traps）
　 TCP/UDP端口號(hào)提供的附加信息可以為網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)所利用，這是第四層交換的基礎(chǔ)。

　具有第四層功能的交換機(jī)能夠起到與服務(wù)器相連接的“虛擬IP”(VIP)前端的作用。

每臺(tái)服務(wù)器和支持單一或通用應(yīng)用的服務(wù)器組都配置一個(gè)VIP地址。這個(gè)VIP地址被發(fā)送出
去并在域名系統(tǒng)上注冊(cè)。
　在發(fā)出一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，第四層交換機(jī)通過(guò)判定TCP開(kāi)始，來(lái)識(shí)別一次會(huì)話的開(kāi)始。然
后它利用復(fù)雜的算法來(lái)確定處理這個(gè)請(qǐng)求的最佳服務(wù)器。一旦做出這種決定，交換機(jī)就將
會(huì)話與一個(gè)具體的IP地址聯(lián)系在一起，并用該服務(wù)器真正的IP地址來(lái)代替服務(wù)器上的VIP地
址。

　每臺(tái)第四層交換機(jī)都保存一個(gè)與被選擇的服務(wù)器相配的源IP地址以及源TCP 端口相

關(guān)聯(lián)的連接表。然后第四層交換機(jī)向這臺(tái)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)連接請(qǐng)求。所有后續(xù)包在客戶(hù)機(jī)與服
務(wù)器之間重新影射和轉(zhuǎn)發(fā)，直到交換機(jī)發(fā)現(xiàn)會(huì)話為止。
　在使用第四層交換的情況下，接入可以與真正的服務(wù)器連接在一起來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)制定的規(guī)
則，諸如使每臺(tái)服務(wù)器上有相等數(shù)量的接入或根據(jù)不同服務(wù)器的容量來(lái)分配傳輸流。

如何選用合適的第四層交換
　　a,速度
　為了在企業(yè)網(wǎng)中行之有效，第四層交換必須提供與第三層線速路由器可比擬的性能。也
就是說(shuō)，第四層交換必須在所有端口以全介質(zhì)速度操作，即使在多個(gè)千兆以太網(wǎng)連接上亦
如此。千兆以太網(wǎng)速度等于以每秒1488000 個(gè)數(shù)據(jù)包的最大速度路由(假定最壞的情形,即
所有包為以及網(wǎng)定義的最小尺寸,長(zhǎng)64字節(jié))。
　　b,服務(wù)器容量平衡算法
　　
　依據(jù)所希望的容量平衡間隔尺寸，第四層交換機(jī)將應(yīng)用分配給服務(wù)器的算法有很多種，
有簡(jiǎn)單的檢測(cè)環(huán)路最近的連接、檢測(cè)環(huán)路時(shí)延或檢測(cè)服務(wù)器本身的閉環(huán)反饋。在所有的預(yù)
測(cè)中，閉環(huán)反饋提供反映服務(wù)器現(xiàn)有業(yè)務(wù)量的最精確的檢測(cè)。
　　c,表容量
　應(yīng)注意的是，進(jìn)行第四層交換的交換機(jī)需要有區(qū)分和存貯大量發(fā)送表項(xiàng)的能力。交換機(jī)
在一個(gè)企業(yè)網(wǎng)的核心時(shí)尤其如此。許多第二/ 三層交換機(jī)傾向發(fā)送表的大小與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的
數(shù)量成正比。對(duì)第四層交換機(jī)，這個(gè)數(shù)量必須乘以網(wǎng)絡(luò)中使用的不同應(yīng)用協(xié)議和會(huì)話的數(shù)
量。因而發(fā)送表的大小隨端點(diǎn)設(shè)備和應(yīng)用類(lèi)型數(shù)量的增長(zhǎng)而迅速增長(zhǎng)。第四層交換機(jī)設(shè)計(jì)
者在設(shè)計(jì)其產(chǎn)品時(shí)需要考慮表的這種增長(zhǎng)。大的表容量對(duì)制造支持線速發(fā)送第四層流量的
高性能交換機(jī)至關(guān)重要.
　　d,冗余
　第四層交換機(jī)內(nèi)部有支持冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功能。在具有雙鏈路的網(wǎng)卡容錯(cuò)連接時(shí)，就可
能建立從一個(gè)服務(wù)器到網(wǎng)卡，鏈路和服務(wù)器交換器的完全冗余系統(tǒng)。

回答者： OscarDon 回答時(shí)間：2010-04-20 19:05

簡(jiǎn)單的說(shuō)：二層只有具有交換的功能，三層不僅具有交換功能，還就有路由功能。

回答者： shaoke 回答時(shí)間：2010-04-21 22:19

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