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二层交换机与三层交换机工作原理及其区别

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发表于 2021-5-31 17:19:15 | 显示全部楼层 |阅读模式
  二层交换技术是发展比较成熟,二层交换机属数据链路层设备,可以识别数据包中的MAC地址信息,根据MAC地址进行转发,并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。具体的工作流程如下:
  (1) 当交换机从某个端口收到一个数据包,它先读取包头中的源MAC地址,这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的;
  (2) 再去读取包头中的目的MAC地址,并在地址表中查找相应的端口;
  (3) 如表中有与这目的MAC地址对应的端口,把数据包直接复制到这端口上;
  (4) 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上,当目的机器对源机器回应时,交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应,在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。
  不断的循环这个过程,对于全网的MAC地址信息都可以学习到,二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。
  从二层交换机的工作原理可以推知以下三点:
  (1) 由于交换机对多数端口的数据进行同时交换,这就要求具有很宽的交换总线带宽,如果二层交换机有N个端口,每个端口的带宽是M,交换机总线带宽超过N×M,那么这交换机就可以实现线速交换;
  (2) 学习端口连接的机器的MAC地址,写入地址表,地址表的大小(一般两种表示方式:一为BEFFER RAM,一为MAC表项数值),地址表大小影响交换机的接入容量;
  (3) 还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC Application specific Integrated Circuit)芯片,因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家采用ASIC不同,直接影响产品性能。
  以上三点也是评判二三层交换机性能优劣的主要技术参数,这一点请大家在考虑设备选型时注意比较。
  (二)路由技术
  路由器工作在OSI模型的第三层---网络层操作,其工作模式与二层交换相似,但路由器工作在第三层,这个区别决定了路由和交换在传递包时使用不同的控制信息,实现功能的方式就不同。工作原理是在路由器的内部也有一个表,这个表所标示的是如果要去某一个地方,下一步应该向那里走,如果能从路由表中找到数据包下一步往那里走,把链路层信息加上转发出去;如果不能知道下一步走向那里,则将此包丢弃,然后返回一个信息交给源地址。
  路由技术实质上来说不过两种功能:决定最优路由和转发数据包。路由表中写入各种信息,由路由算法计算出到达目的地址的最佳路径,然后由相对简单直接的转发机制发送数据包。接受数据的下一台路由器依照相同的工作方式继续转发,依次类推,直到数据包到达目的路由器。
  而路由表的维护,也有两种不同的方式。一种是路由信息的更新,将部分或者全部的路由信息公布出去,路由器通过互相学习路由信息,就掌握了全网的拓扑结构,这一类的路由协议称为距离矢量路由协议;另一种是路由器将自己的链路状态信息进行广播,通过互相学习掌握全网的路由信息,进而计算出最佳的转发路径,这类路由协议称为链路状态路由协议。
  由于路由器需要做大量的路径计算工作,一般处理器的工作能力直接决定其性能的优劣。当然这一判断还是对中低端路由器而言,因为高端路由器往往采用分布式处理系统体系设计。
  (三)三层交换技术
  近年来的对三层技术的宣传,耳朵都能起茧子,到处都在喊三层技术,有人说这是个非常新的技术,也有人说,三层交换嘛,不就是路由器和二层交换机的堆叠,也没有什么新的玩意,事实果真如此吗?下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。
  组网比较简单
  使用IP的设备A---三层交换机---使用IP的设备B
  比如A要给B发送数据,已知目的IP,那么A就用子网掩码取得网络地址,判断目的IP是否与自己在同一网段。
  如果在同一网段,但不知道转发数据所需的MAC地址,A就发送一个ARP请求,B返回其MAC地址,A用此MAC封装数据包并发送给交换机,交换机起用二层交换模块,查找MAC地址表,将数据包转发到相应的端口。
  如果目的IP地址显示不是同一网段的,那么A要实现和B的通讯,在流缓存条目中没有对应MAC地址条目,就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关,这个缺省网关一般在操作系统中已经设好,对应第三层路由模块,所以可见对于不是同一子网的数据,最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址;然后就由三层模块接收到此数据包,查询路由表以确定到达B的路由,将构造一个新的帧头,其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址,以主机BMAC地址为目的MAC地址。通过一定的识别触发机制,确立主机ABMAC地址及转发端口的对应关系,并记录进流缓存条目表,以后的AB的数据,就直接交由二层交换模块完成。这就通
  常所说的一次路由多次转发。
  以上就是三层交换机工作过程的简单概括,可以看出三层交换的特点:
  由硬件结合实现数据的高速转发。
  这就不是简单的二层交换机和路由器的叠加,三层路由模块直接叠加在二层交换的高速背板总线上,突破了传统路由器的接口速率限制,速率可达几十Gbit/s。算上背板带宽,这些是三层交换机性能的两个重要参数。
  简洁的路由软件使路由过程简化。
  大部分的数据转发,除了必要的路由选择交由路由软件处理,都是又二层模块高速转发,路由软件大多都是经过处理的高效优化软件,并不是简单照搬路由器中的软件。
  结论
  二层交换机用于小型的局域网络。这个就不用多言了,在小型局域网中,广播包影响不大,二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低谦价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。
  路由器的优点在于接口类型丰富,支持的三层功能强大,路由能力强大,适合用于大型的网络间的路由,它的优势在于选择最佳路由,负荷分担,链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等等路由器所具有功能。
  以上的文章来自于工业交换机http://www.zycd.net/list-1-42.html 欢迎来咨询。

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