二層、三層、四層交換機之間的區(qū)別

相關(guān)專題: 芯片

(一)二層交換機,三層交換機,四層交換機的區(qū)別

二層交換技術(shù)是發(fā)展比較成熟,二層交換機屬數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)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(yīng)的端口記錄在自己內(nèi)部的一個地址表中。具體的工作流程如下:

(1) 當(dāng)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;

(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)目的機器對源機器回應(yīng)時,交換機又可以學(xué)習(xí)一目的MAC地址與哪個端口對應(yīng),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(xué)習(xí)到,二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。

從二層交換機的工作原理可以推知以下三點:

(1) 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;

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

(3) 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)速度可以做到非常快。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(shù)參數(shù),這一點請大家在考慮設(shè)備選型時注意比較。

(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,這個區(qū)別決定了路由和交換在傳遞包時使用不同的控制信息,實現(xiàn)功能的方式就不同。工作原理是在路由器的內(nèi)部也有一個表,這個表所標示的是如果要去某一個地方,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,然后返回一個信息交給源地址。

路由技術(shù)實質(zhì)上來說不過兩種功能:決定最優(yōu)路由和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。路由表中寫入各種信息,由路由算法計算出到達目的地址的最佳路徑,然后由相對簡單直接的轉(zhuǎn)發(fā)機制發(fā)送數(shù)據(jù)包。接受數(shù)據(jù)的下一臺路由器依照相同的工作方式繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā),依次類推,直到數(shù)據(jù)包到達目的路由器。

而路由表的維護,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,路由器通過互相學(xué)習(xí)路由信息,就掌握了全網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu),這一類的路由協(xié)議稱為距離矢量路由協(xié)議;另一種是路由器將自己的鏈路狀態(tài)信息進行廣播,通過互相學(xué)習(xí)掌握全網(wǎng)的路由信息,進而計算出最佳的轉(zhuǎn)發(fā)路徑,這類路由協(xié)議稱為鏈路狀態(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)然這一判斷還是對中低端路由器而言,因為高端路由器往往采用分布式處理系統(tǒng)體系設(shè)計。

(三)三層交換技術(shù)

近年來的對三層技術(shù)的宣傳,耳朵都能起繭子,到處都在喊三層技術(shù),有人說這是個非常新的技術(shù),也有人說,三層交換嘛,不就是路由器和二層交換機的堆疊,也沒有什么新的玩意,事實果真如此嗎?下面先來通過一個簡單的網(wǎng)絡(luò)來看看三層交換機的工作過程。

組網(wǎng)比較簡單

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)。

以上就是三層交換機工作過程的簡單概括,可以看出三層交換的特點:

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

這就不是簡單的二層交換機和路由器的疊加,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,速率可達幾十Gbit/s。算上背板帶寬,這些是三層交換機性能的兩個重要參數(shù)。

簡潔的路由軟件使路由過程簡化。

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)過處理的高效優(yōu)化軟件,并不是簡單照搬路由器中的軟件。

(四)結(jié)論

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

路由器的優(yōu)點在于接口類型豐富,支持的三層功能強大,路由能力強大,適合用于大型的網(wǎng)絡(luò)間的路由,它的優(yōu)勢在于選擇最佳路由,負荷分擔(dān),鏈路備份及和其他網(wǎng)絡(luò)進行路由信息的交換等等路由器所具有功能。

三層交換機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目的服務(wù)的。如果把大型網(wǎng)絡(luò)按照部門,地域等等因素劃分成一個個小局域網(wǎng),這將導(dǎo)致大量的網(wǎng)際互訪,單純的使用二層交換機不能實現(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)的三層交換機就成為首選。

一般來說,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來做這個工作,會造成三層交換機負擔(dān)過重,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,不失為一種好的組網(wǎng)策略,當(dāng)然,前提是客戶的腰包很鼓,不然就退而求其次,讓三層交換機也兼為網(wǎng)際互連。

 

   來源:比特網(wǎng)
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