三層交換機(jī)

詞語解釋

三層交換機(jī)是指在網(wǎng)絡(luò)中提供三層交換服務(wù)的設(shè)備，它可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和過濾，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信。三層交換機(jī)是當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)中最常用的交換機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)多種功能，如路由、轉(zhuǎn)發(fā)、過濾等。三層交換機(jī)的應(yīng)用非常廣泛，它可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理和統(tǒng)一管理。它可以實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和過濾，從而保證網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性。此外，三層交換機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡、QoS服務(wù)、多層次訪問控制等功能，從而提高網(wǎng)絡(luò)的性能和安全性。三層交換機(jī)在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用也很廣泛，它可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理，提高網(wǎng)絡(luò)的性能和安全性，保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。它可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和過濾，從而保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。此外，三層交換機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡、QoS服務(wù)、多層次訪問控制等功能，從而提高網(wǎng)絡(luò)的性能和安全性。三層交換機(jī)在電信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用也很廣泛，它可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理，從而提高網(wǎng)絡(luò)的性能和安全性。它可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和過濾，從而保證網(wǎng)絡(luò)的安全性。此外，三層交換機(jī)還可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡、QoS服務(wù)、多層次訪問控制等功能，從而提高網(wǎng)絡(luò)的性能和安全性。總之，三層交換機(jī)是當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)中最常用的交換機(jī)，它可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和過濾，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信，它的應(yīng)用非常廣泛，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理，提高網(wǎng)絡(luò)的性能和安全性，保證網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，從而為網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供了重要的支持。

   三層交換機(jī)就是具有部分路由器功能的交換機(jī)，三層交換機(jī)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(shí)現(xiàn)，而象路由信息更新、路由表維護(hù)、路由計(jì)算、路由確定等功能，由軟件實(shí)現(xiàn)。

應(yīng)用背景

出于安全和管理方便的考慮，主要是為了減小廣播風(fēng)暴的危害，必須把大型局域網(wǎng)按功能或地域等因素劃成一個(gè)個(gè)小的局域網(wǎng)，這就使VLAN技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中得以大量應(yīng)用，而各個(gè)不同VLAN間的通信都要經(jīng)過路由器來完成轉(zhuǎn)發(fā)，隨著網(wǎng)間互訪的不斷增加。單純使用路由器來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間訪問，不但由于端口數(shù)量有限，而且路由速度較慢，從而限制了網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和訪問速度�；谶@種情況三層交換機(jī)便應(yīng)運(yùn)而生，三層交換機(jī)是為IP設(shè)計(jì)的，接口類型簡單，擁有很強(qiáng)二層包處理能力，非常適用于大型局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)路由與交換，它既可以工作在協(xié)議第三層替代或部分完成傳統(tǒng)路由器的功能，同時(shí)又具有幾乎第二層交換的速度，且價(jià)格相對便宜些。

在企業(yè)網(wǎng)和教學(xué)網(wǎng)中，一般會(huì)將三層交換機(jī)用在網(wǎng)絡(luò)的核心層，用三層交換機(jī)上的千兆端口或百兆端口連接不同的子網(wǎng)或VLAN。不過應(yīng)清醒認(rèn)識到三層交換機(jī)出現(xiàn)最重要的目的是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，所具備的路由功能也多是圍繞這一目的而展開的，所以它的路由功能沒有同一檔次的專業(yè)路由器強(qiáng)。畢竟在安全、協(xié)議支持等方面還有許多欠缺，并不能完全取代路由器工作。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，典型的做法是：處于同一個(gè)局域網(wǎng)中的各個(gè)子網(wǎng)的互聯(lián)以及局域網(wǎng)中VLAN間的路由，用三層交換機(jī)來代替路由器，而只有局域網(wǎng)與公網(wǎng)互聯(lián)之間要實(shí)現(xiàn)跨地域的網(wǎng)絡(luò)訪問時(shí)，才通過專業(yè)路由器。

三層交換機(jī)工作原理

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)的交換技術(shù)是在OSI網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型中的第二層——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(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。應(yīng)用第三層交換技術(shù)即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由的功能，又可以根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)狀況做到最優(yōu)的網(wǎng)絡(luò)性能。

為什么使用三層交換機(jī)？

1、網(wǎng)絡(luò)骨干少不了三層交換

要說三層交換機(jī)在諸多網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(jī)的用武之地，尤其是核心骨干網(wǎng)一定要用三層交換機(jī)，否則整個(gè)網(wǎng)絡(luò)成千上萬臺(tái)的計(jì)算機(jī)都在一個(gè)子網(wǎng)中，不僅毫無安全可言，也會(huì)因?yàn)闊o法分割廣播域而無法隔離廣播風(fēng)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(jī)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(luò)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(wù)流；除了必要的路由決定過程外，大部分?jǐn)?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(jī)通過使用硬件交換機(jī)構(gòu)實(shí)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(jī)具有“路由器的功能、交換機(jī)的性能”。

2、連接子網(wǎng)少不了三層交換

同一網(wǎng)絡(luò)上的計(jì)算機(jī)如果超過一定數(shù)量（通常在200臺(tái)左右，視通信協(xié)議而定），就很可能會(huì)因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)上大量的廣播而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)傳輸效率低下。為了避免在大型交換機(jī)上進(jìn)行廣播所引起的廣播風(fēng)暴，可將其進(jìn)一步劃分為多個(gè)虛擬網(wǎng)（VLAN）。但是這樣做將導(dǎo)致一個(gè)問題：VLAN之間的通信必須通過路由器來實(shí)現(xiàn)。但是傳統(tǒng)路由器也難以勝任VLAN之間的通信任務(wù)，因?yàn)橄鄬τ诰钟蚓W(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)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(jià)格也是非常難以接受的。如果使用三層交換機(jī)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(jì)地解決了子網(wǎng)劃分之后子網(wǎng)之間必須依賴路由器進(jìn)行通信的問題，因此三層交換機(jī)是連接子網(wǎng)的理想設(shè)備。

使用三層交換機(jī)的好處：

除了優(yōu)秀的性能之外，三層交換機(jī)還具有一些傳統(tǒng)的二層交換機(jī)沒有的特性，這些特性可以給校園網(wǎng)和城域教育網(wǎng)的建設(shè)帶來許多好處，列舉如下。

1、高可擴(kuò)充性

三層交換機(jī)在連接多個(gè)子網(wǎng)時(shí)，子網(wǎng)只是與第三層交換模塊建立邏輯連接，不像傳統(tǒng)外接路由器那樣需要增加端口，從而保護(hù)了用戶對校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)的投資。并滿足學(xué)校3~5年網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用快速增長的需要。

2、高性價(jià)比

三層交換機(jī)具有連接大型網(wǎng)絡(luò)的能力，功能基本上可以取代某些傳統(tǒng)路由器，但是價(jià)格卻接近二層交換機(jī)�，F(xiàn)在一臺(tái)百兆三層交換機(jī)的價(jià)格只有幾萬元，與高端的二層交換機(jī)的價(jià)格差不多。

3、內(nèi)置安全機(jī)制

三層交換機(jī)可以與普通路由器一樣，具有訪問列表的功能，可以實(shí)現(xiàn)不同VLAN間的單向或雙向通訊。如果在訪問列表中進(jìn)行設(shè)置，可以限制用戶訪問特定的IP地址，這樣學(xué)校就可以禁止學(xué)生訪問不健康的站點(diǎn)。

訪問列表不僅可以用于禁止內(nèi)部用戶訪問某些站點(diǎn)，也可以用于防止校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)外部的非法用戶訪問校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提高網(wǎng)絡(luò)的安全。

4、適合多媒體傳輸

教育網(wǎng)經(jīng)常需要傳輸多媒體信息，這是教育網(wǎng)的一個(gè)特色。三層交換機(jī)具有QoS（服務(wù)質(zhì)量）的控制功能，可以給不同的應(yīng)用程序分配不同的帶寬。

例如，在校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)中傳輸視頻流時(shí)，就可以專門為視頻傳輸預(yù)留一定量的專用帶寬，相當(dāng)于在網(wǎng)絡(luò)中開辟了專用通道，其他的應(yīng)用程序不能占用這些預(yù)留的帶寬，因此能夠保證視頻流傳輸?shù)姆€(wěn)定性。而普通的二層交換機(jī)就沒有這種特性，因此在傳輸視頻數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)視頻忽快忽慢的抖動(dòng)現(xiàn)象。

另外，視頻點(diǎn)播（VOD）也是教育網(wǎng)中經(jīng)常使用的業(yè)務(wù)。但是由于有些視頻點(diǎn)播系統(tǒng)使用廣播來傳輸，而廣播包是不能實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)段的，這樣VOD就不能實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)段進(jìn)行；如果采用單播形式實(shí)現(xiàn)VOD，雖然可以實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)段，但是支持的同時(shí)連接數(shù)就非常少，一般幾十個(gè)連接就占用了全部帶寬。而三層交換機(jī)具有組播功能，VOD的數(shù)據(jù)包以組播的形式發(fā)向各個(gè)子網(wǎng)，既實(shí)現(xiàn)了跨網(wǎng)段傳輸，又保證了VOD的性能。

5、計(jì)費(fèi)功能

在高校校園網(wǎng)及有些地區(qū)的城域教育網(wǎng)中，很可能有計(jì)費(fèi)的需求，因?yàn)槿龑咏粨Q機(jī)可以識別數(shù)據(jù)包中的IP地址信息，因此可以統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)流量，可以按流量計(jì)費(fèi)，也可以統(tǒng)計(jì)計(jì)算機(jī)連接在網(wǎng)絡(luò)上的時(shí)間，按時(shí)間進(jìn)行計(jì)費(fèi)。而普通的二層交換機(jī)就難以同時(shí)做到這兩點(diǎn)。

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