三层交换技术的原理及应用
三层交换的基本配置方法
三层交换的基本配置方法一、引言三层交换技术是现代网络中重要的组成部分，它能够提供高效的数据交换和路由功能。
在网络中，三层交换机扮演着连接不同网络之间的桥梁作用，它能够减少网络通信的延迟和提高网络吞吐量。
本文将介绍三层交换机的基本配置方法。
二、三层交换机基础知识1. 三层交换机工作原理三层交换机能够实现路由和交换功能，通过学习MAC地址和IP地址等信息建立转发表，实现数据包的转发。
当数据包到达三层交换机时，它会根据目标IP地址查找路由表，并将数据包发送到相应的端口。
2. 三层交换机端口类型三层交换机有不同类型的端口，包括：(1) Access端口：连接终端设备如PC、服务器等。
(2) Trunk端口：连接其他交换机或路由器。
(3) VLAN接口：连接不同VLAN之间的通信。
3. 三层交换机VLAN技术VLAN是虚拟局域网技术，通过逻辑划分实现物理隔离。
在一个物理网络中可以划分为多个逻辑网段，从而提高网络的安全性和管理性。
三层交换机支持VLAN技术，可以实现不同VLAN之间的通信。
三、三层交换机基本配置方法1. 连接三层交换机将电脑通过网线连接到三层交换机的Console端口，使用超级终端软件连接。
在超级终端中设置波特率为115200，数据位为8，校验位为无，停止位为1。
2. 配置基本参数进入三层交换机的配置模式，设置主机名、域名、管理IP地址等参数。
命令如下：Switch(config)#hostname Switch1Switch(config)#ip domain-name Switch(config)#interface vlan 1Switch(config-if)#ip address 192.168.0.1 255.255.255.03. 配置VLAN创建VLAN并将端口分配到相应的VLAN中。
命令如下：Switch(config)#vlan 10Switch(config-vlan)#name SalesSwitch(config-vlan)#exit4. 配置端口类型和模式将端口设置为Access或Trunk类型，并设置相应的模式。
三层交换(L3交换)的发展及应用简述
三层交换(L3交换)的发展及应用简述一、L3交换原理和分类最早的第三层交换，是基于A TM技术的MPOA和IP Switch，分别基于ATMF 和IETF标准（RFC1953和RFC1987）。
其基本原理相近，把路由功能分为第三层路径选择（智能路由选择）和第三层交换（快速转发）。
趋势是把第三层交换放到骨干网ATM交换机中去，把路由器和A TM骨干网融为一体。
MPOA方式的前提是一定要由ATM网络事先建立一条端到端的连接，再采用“Short Cut”方式对IP包进行路由。
IP Switch方式中的RFC1953解决了“多跳”数量增长的问题，通过软件提供一种“直通”（Cut-through）来满足多IP业务要求，它与RFC1987共同构成IP Switch基础。
IP Switch对数据包的处理多采用以ATM交换机跨接路由器直通（CUT-THROUGH）处理的方式，即第一个包通过路由器进行检查、鉴别和处理，以后相同的包由ATM交换机跨接直通传输，不再通过路由器。
无论是IP Switch还是MPOA，这个IP数据流都是在虚电路里传输，所有IP 包都在一个已经选定的路由中传输，不存在不同的IP包经过不同的路由。
只是IP Switch方式每个ATM交换机可独立处理IP交换，以直通IP数据流。
但MPOA 一定要所有ATM交换机统一动作，所以MPOA方式实施前一定要先建立一条端到端的SVC。
除了以上两种L3交换之外，在其他领域也相继产生了第三层交换技术。
如思科公司的专有技术CEF（思科快速转发）、普遍被所有第三层交换机厂家采用的多层交换技术MLS以及当前被广泛推广的基于IETF标准的多协议标记交换MPLS。
二、L3交换的起源和发展基于L2以太网交换技术的多层交换最早起源于校园网络，后来在IDC中也有较多应用。
早期互联网业务流量模型符合20:80规则，即80%的流量为本地，20%的流量出网。
后来此流量模型发生逆转，80%流量来自网段外部，内部通信只有20%。
三层交换机的交换原理
三层交换机的交换原理三层交换机是一种具备数据交换和路由功能的网络设备，它的交换原理主要涉及网络协议的各个层次，包括应用层、传输层、网络层等。
下面将详细介绍三层交换机的交换原理，特别是与IP路由和VLAN管理相关的部分。
一、应用层应用层是网络协议的最高层，主要负责应用程序之间的通信。
在三层交换机中，应用层的交换主要涉及源和目标主机的应用程序之间的数据交换。
交换机通过识别数据包中的源和目标IP地址以及端口号等信息，将数据包转发到正确的目的地。
二、传输层传输层在网络协议中位于应用层之下，主要负责建立和维护应用程序之间的通信连接，提供可靠的传输服务。
在三层交换机中，传输层的交换主要涉及TCP/UDP协议的数据传输。
交换机通过识别数据包中的源和目标端口号等信息，将数据包转发到正确的目的地。
三、网络层网络层是网络协议的核心层，主要负责IP数据包的封装、解封装以及路由转发等功能。
在三层交换机中，网络层的交换主要涉及IP数据包的路由分析。
通过分析IP数据包中的目标地址信息，三层交换机可以确定最佳的转发路径，将数据包转发到正确的目的地。
四、IP路由分析IP路由分析是三层交换机的重要功能之一。
在接收到一个IP数据包后，交换机首先分析数据包中的目标IP地址，并根据内部的路由表信息确定最佳的转发路径。
这个过程涉及到路由协议（如OSPF、BGP等）的学习和更新路由表的过程。
通过IP路由分析，三层交换机可以实现快速、准确的数据包转发。
五、VLAN管理VLAN（虚拟局域网）是一种将物理局域网逻辑上划分为多个虚拟子网的技术。
在三层交换机中，VLAN管理也是一项重要的功能。
通过VLAN配置，可以根据业务需求将交换机上的端口划分为不同的VLAN，并在不同VLAN之间实现数据隔离或交换。
这有助于提高网络的安全性和管理效率。
综上所述，三层交换机的交换原理主要涉及应用层、传输层、网络层等方面的交换功能。
通过IP路由分析和VLAN管理等技术手段，三层交换机可以实现高效、准确的数据交换和路由功能，为企业的网络通信提供可靠的保障。
三层交换机的路由原理
三层交换机的路由原理
三层交换机是一种能够在网络中进行路由功能的设备。
它的路由原理主要包括以下几个方面：
1. 路由表，三层交换机内部有一个路由表，用来存储不同网络地址之间的路由信息。
当接收到数据包时，交换机会查找路由表，确定数据包的下一跳地址。
2. 路由选择算法，三层交换机使用路由选择算法来确定最佳的数据包传输路径。
常见的路由选择算法包括最短路径算法、距离矢量算法和链路状态路由算法等。
3. 路由协议，三层交换机可以通过不同的路由协议来学习和交换路由信息，常见的路由协议包括RIP（路由信息协议）、OSPF （开放最短路径优先）和BGP（边界网关协议）等。
4. 数据包转发，当三层交换机接收到数据包时，根据路由表中的信息，选择合适的接口将数据包转发到下一个网络节点。
总的来说，三层交换机的路由原理是通过路由表、路由选择算法、路由协议和数据包转发来实现网络数据的传输和路由选择。
三层交换vlan互通原理
三层交换vlan互通原理一、三层交换技术三层交换技术是局域网交换机发展升级的产物，它主要通过添加路由功能，来实现不同VLAN之间的通信。
相比于传统的二层交换机，三层交换机的路由功能较弱，主要应用于局域网内部的IP子网之间的通信。
这种技术的优势在于减少网络延迟、提高网络数据传输速度。
二、VLAN的划分在局域网中，我们常常将网络用户分成多个逻辑独立的网络单元，每个网络单元通常称为一个VLAN。
这些VLAN之间需要设置一定的访问控制策略，以实现不同VLAN之间的数据传输。
在三层交换机中，我们可以通过设置VLAN端口来实现这一目的。
三层交换机的三层交换功能是基于路由来实现的。
三层交换机通过硬件路由表来实现不同VLAN之间的互通。
路由表是三层交换机实现数据交换的重要工具，它能够将数据帧按照最佳路径转发到相应的目的网络中。
当有数据帧发送到三层交换机时，三层交换机根据数据帧中的目的IP地址，在路由表中查找最佳路径，然后将数据帧转发到相应的端口上。
四、VLAN互通配置在三层交换机中配置VLAN互通需要设置以下步骤：1. 配置IP地址和默认路由：在三层交换机上配置一个公共的IP 地址和默认路由，使得各个VLAN之间可以通过三层交换机访问外网。
2. 划分VLAN并设置VLAN端口：根据不同的需求，将三层交换机上的端口划分为不同的VLAN端口。
在配置过程中，需要确保每个VLAN之间的通信不被其他VLAN干扰。
3. 配置路由协议：常见的路由协议包括RIP和OSPF等。
在三层交换机上配置相应的路由协议，使得各个VLAN之间可以通过路由来实现互通。
4. 配置安全策略：为了保障网络安全，需要在三层交换机上配置相应的安全策略，如访问控制列表等，以限制不同VLAN之间的访问权限。
五、三层交换vlan互通常见问题及解决方案1. VLAN间无法互通：首先检查三层交换机的配置是否正确，确保VLAN端口划分正确，并配置了正确的路由协议和安全策略。
第三层交换技术
第三层交换技术1、三层交换的概念第三层交换技术也称为IP 交换技术或高速路由技术等，是相对于传统交换概念而提出的。
众所周知，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，而第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。
简单地说，第三层交换技术就是：第二层交换技术＋第三层转发技术，这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。
一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。
2. 三层交换的原理从硬件的实现上看，目前，第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线交换数据的。
在第三层交换机中，与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速地交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制(10Mbit/s---100Mbit/s)。
在软件方面，第三层交换机将传统的基于软件的路由器重新进行了界定：(1)数据封包的转发：如IP/IPX 封包的转发，这些有规律的过程通过硬件高速实现；(2)第三层路由软件：如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实现。
假设有两个使用IP 协议的站点，通过第三层交换机进行通信的过程为：若发送站点A 在开始发送时，已知目的站B的IP 地址，但尚不知道它在局域网上发送所需要的MAC 地址，则需要采用地址解析(ARP)来确定B的MAC 地址。
A把自己的IP 地址与B的IP 地址比较，采用其软件中配置的子网掩码提取出网络地址来确定B是否与自己在同一子网内。
若B 与A 在同一子网内，A 广播一个ARP 请求，B 返回其MAC 地址，A 得到B 的MAC 地址后将这一地址缓存起来，并用此MAC 地址封包转发数据，第二层交换模块查找MAC 地址表确定将数据包发向目的端口。
三层交换机原理
三层交换机原理
三层交换机原理是一种网络技术，用于实现网络设备之间的数据交换。
它使用了三层网络模型，称为OSI（开放系统交换）模型，用于定义网络层次结构。
三层交换机的工作原理是，它接收来自两个不同网络的数据，并将其转发到另一个网络。
三层交换机有三个层次，分别是应用层，传输层和网络层。
在应用层，它接收网络数据，并将其编码成一种可以被其他网络设备理解的格式。
在传输层，它检查数据的完整性，确保数据没有损坏。
最后，在网络层，它负责将数据发送到目标网络。
三层交换机还允许一个网络设备向多个网络设备发送数据，这是因为它使用了一种叫做多路广播的技术，它可以将一个数据帧发送到多个网络设备。
这种技术使得网络更快更安全，因为它可以有效地防止数据泄漏。
三层交换机还可以支持路由协议，它可以根据源地址和目的地址来转发数据。
它可以查找最短路径，并转发数据到最快的路径上。
三层交换机原理是一种有效的网络技术，可以帮助网络设备之间进行高效的数据交换。
它可以支持多路广播和路由协议，这有助于加快网络的传输速度，并防止数据泄漏。
三层交换机功能介绍及工作原理
三层交换机功能介绍及工作原理三层交换机是在数据链路层和网络层之间工作的网络设备。
它具备数据链路层交换机和路由器的功能，能够实现局域网内部和不同网络之间的数据转发和路由选择，提供高效且智能的数据转发功能。
下面将详细介绍三层交换机的功能和工作原理。
一、三层交换机的功能介绍：1.数据链路层交换功能：三层交换机具备数据链路层交换机的功能，可以根据MAC地址进行数据的转发和过滤。
当接收到一个数据帧时，三层交换机会查找目标MAC地址，根据MAC地址表更新转发表，并将数据帧转发至目标端口。
这样可以实现局域网内部的高速数据传输。
2.路由转发功能：三层交换机还具备路由器的功能，可以根据网络层的IP地址进行数据包的转发和路由选择。
当接收到一个数据包时，三层交换机会查找目标IP地址，并根据路由表选择最优路径进行数据包的转发。
这样可以实现不同网络之间的数据传输。
3.虚拟局域网（VLAN）支持：三层交换机支持将一个物理交换机划分为多个逻辑分区，每个分区中的设备可以互相通信，但与其他分区中的设备隔离。
这样可以提高网络的安全性和性能。
4.负载均衡功能：三层交换机可以根据流量的负载情况，自动选择最优的路径进行数据包的转发。
这样可以实现网络负载均衡，提高系统的性能和可靠性。
5.安全性和访问控制：三层交换机支持访问控制列表（ACL）功能，可以根据源IP地址、目标IP地址、端口号等进行数据包的过滤和访问控制。
这样可以提高网络的安全性，防止未授权的访问和攻击。
二、三层交换机的工作原理：1.数据链路层交换机功能：当接收到一个数据帧时，三层交换机会查找目标MAC地址。
如果目标MAC地址在转发表中已存在，三层交换机会直接将数据帧转发至相应端口；如果目标MAC地址不在转发表中，三层交换机会广播数据帧至所有端口，并记录下发端口。
2.路由转发功能：当接收到一个数据包时，三层交换机会查找目标IP地址。
如果目标IP地址在路由表中已存在，三层交换机会根据最长前缀匹配原则选择最优路径，并将数据包转发至相应路由；如果目标IP地址不在路由表中，三层交换机会将数据包丢弃或者发送至默认路由。
三层交换技术的原理
三层交换技术的原理
三层交换技术是一种在网络中实现数据传输的技术。
它利用路由器跟交换机的结合，实现了数据在不同网络之间的传递。
其原理如下：
1. 寻址和路由选择：当一台设备发送数据包时，三层交换技术首先需要确定数据包要传送到哪个网络。
这个过程称为寻址。
通过查找路由表，确定数据包的目的网络。
2. 数据包封装和解封装：数据包在传输过程中需要封装成适当的格式。
在发送端，数据包被封装添加了源地址和目的地址等信息，形成TCP/IP报文。
在接收端，数据包则需要解封装，将报文的各个字段分离出来。
3. 路由器的工作：一旦确定了数据包要传送到的目的网络，三层交换技术通过路由器来实现数据包的传输。
路由器根据数据包的目的网络地址，参考自己的路由表，找到下一跳路由器，并将数据包发送到下一跳路由器。
这个过程称为路由选择。
4. 数据传输：当数据包到达下一跳路由器后，根据目的网络地址再次进行路由选择，直到数据包到达最终目的网络。
5. 数据交换和转发：在网络的每个交换节点，交换机负责数据包的交换和转发。
根据数据包中的目的MAC地址，交换机将数据包转发到与目的主机直接相连的端口上。
综上所述，三层交换技术通过寻址、路由选择和数据交换等步
骤实现了数据在不同网络之间的传递。
这种技术能够提高网络的性能和可靠性，同时也能够实现灵活的网络划分和管理。
三层交换技术的名词解释
三层交换技术的名词解释在当今的网络通信中，三层交换技术被广泛应用于数据传输和网络连接。
它是一种基于计算机网络技术的数据包转发方式，用于在不同子网之间进行数据传输和路由选择。
本文将对三层交换技术的相关名词进行解释，帮助读者更好地理解和应用该技术。
一、三层交换技术三层交换技术是指通过网络交换设备在数据包传输中，根据目标IP地址进行路由选择和数据包转发的技术。
它兼具交换机和路由器的功能，可以在子网之间实现高效的数据交换和路由转发。
与传统的二层交换技术相比，三层交换技术具有更加灵活和高效的数据包转发能力。
二、子网子网是指在一个大网络中按照一定的地址范围进行划分的较小网络。
在一个子网中，设备可以通过相同的网络地址进行通信。
子网划分的主要目的是提高网络的管理灵活性和安全性，同时也减小了广播域的范围，减少广播冲突。
三、IP地址IP地址是在互联网中用于标识网络设备的数字地址。
它由32位或128位构成，用于识别局域网或广域网中的网络和主机。
一般情况下，IP地址分为网络地址和主机地址两部分，通过这个地址可以找到目标设备并进行数据传输。
四、路由选择路由选择是指在网络中选择合适的路径，将数据包从源设备发送到目标设备的过程。
在三层交换技术中，路由选择根据目标IP地址进行，根据路由协议或者静态配置的路由表信息，选择最佳路径进行数据包转发。
这样可以提高网络的整体性能和可靠性。
五、数据包转发数据包转发是指网络设备根据路由表和路由选择算法，将数据包从源设备转发到目标设备的过程。
在三层交换技术中，数据包转发通过查找目标设备的IP地址，确定其所在子网，并进行相关的路由选择和数据包转发操作。
六、网络设备网络设备是指用于构建和维护网络的硬件设备，如交换机、路由器、服务器等。
在三层交换技术中，网络设备起到了关键的作用，通过交换机和路由器等设备的组合，实现了高效的数据交换和路由转发。
七、网络通信网络通信是指通过计算机网络实现设备之间的信息传递和数据交换。
网络互联网技术7-三层交换技术
MAC地址表
7.3 三层交换原理
三层交换技术通过一台具有三层交换功能设备实现。三层交换机是一台带有第三层路由功能的交换机， 它把路由设备硬件及性能叠加在局域网交换机上，如图7-9所示场景，说明了三层交换的工作工作原 理：二台三层交换机互联二个独立的子网络。
三层交换机
200.1.1.254/24
7.2 什么是三层交换技术
7.2.3 第三层交换技术
三层交换（也称多层交换技术，或IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出。 众所周知，传统交换技术是在OSI网络标准模型中第二层：数据链路层，而三层交换技术在网络模型 中的第三层实现高速转发。简单地说，三层交换技术就是“二层交换技术+三层转发”。
IP路由表
！进入三层交换机的接口配置模式。
Switch(config-if)#no switch
！开启该接口的三层交换功能
Switch(config-if)# ip address ip-address mask
！给指定的接口配置IP地址，这些IP地址作为各个子网内主机网关。
Switch#show running-config Switch#show ip route
二层交换机
pc1
pc2
200.1.1.1/24
200.1.1.2/24
7.2 什么是三层交换技术
7.2.2 传统二层交换技术
如图7-6所示网络拓扑，一台二层交换机连接二台计算机，PC1计算机（200.1.1.1/24）向同网中计算 机PC2（200.1.1.2/24）传输信息过程中，帧执行二层交换过程：
7.4 认识三层交换机
三层交换通过三层交换设备实现，三层交换机也是工作在网络层设备，和路由器一样可 连接任何网络。但和路由器的区别是，三层交换机在工作中，使用硬件ASIC芯片解析传 输信号。通过使用先进ASIC 芯片，三层交换机可提供远远高于路由器网络传输性能，如 每秒 4000 万个数据包（三层交换机）对每秒30万个数据包（路由器），如图7-11所示。
三层交换的工作原理
三层交换的工作原理一、引言三层交换是计算机网络中常用的数据交换技术，它利用路由器和交换机相结合的方式，实现了高效的数据传输和转发。
本文将介绍三层交换的工作原理，包括三层交换的基本概念、数据转发过程和路由选择算法等内容。
二、三层交换的基本概念1. 交换机：交换机是计算机网络中用于将数据包从一个端口转发到另一个端口的网络设备。
它通过学习和存储目标MAC地址来实现数据转发。
2. 路由器：路由器是计算机网络中用于在不同网络之间转发数据包的设备。
它通过学习和存储目标IP地址来实现数据转发。
3. 三层交换：三层交换是指将交换机和路由器的功能融合在一起，既能够利用MAC地址进行数据转发，又能够利用IP地址进行数据转发。
三、数据转发过程三层交换的数据转发过程主要分为两个步骤：学习和转发。
1. 学习：当交换机或路由器收到一个数据包时，会先检查数据包的目标MAC 地址或目标IP地址。
如果该地址在交换机或路由器的转发表中已经存在，则说明该地址对应的设备已经在网络中出现过，交换机或路由器会将该地址与接收到的数据包的端口进行绑定，从而学习到该地址的位置。
2. 转发：在学习到目标地址的位置之后，交换机或路由器会根据转发表中的信息，将数据包从一个端口转发到另一个端口。
如果目标地址与转发表中的地址匹配，则直接将数据包转发到目标地址所在的端口；如果目标地址与转发表中的地址不匹配，则根据路由选择算法选择下一跳的路由器，并将数据包转发到该路由器。
四、路由选择算法路由选择算法是三层交换中非常重要的一部分，它决定了数据包在网络中的传输路径。
常见的路由选择算法有静态路由和动态路由。
1. 静态路由：静态路由是由网络管理员手动配置的路由信息。
管理员需要根据网络拓扑和需求，手动指定每个路由器的转发表，确定数据包的转发路径。
静态路由的优点是稳定可靠，但缺点是配置繁琐，不适用于大规模网络。
2. 动态路由：动态路由是根据网络中的拓扑结构和链路状态来自动计算最佳的转发路径。
三层交换技术
Switch(config-if)#ip address
192.168.1.254 255.255.255.0......为创建
的VLAN10配置子网地址，作为二层设备虚 拟网关接口
Switch(config-if)#no shut
Switch(config-if)#exit
Switch(config)#inter vlan 20
1、网络拓扑图
2、相关命令代码（三层交换机）
Switch(config)#vlan 10......创建VLAN虚
拟接口
Switch(config-vlan)#exit
Switch(config)#vlan 20
Switch(config-vlan)#exit
Switch(config)#inter vlan 10
知识准备
三、VLAN间路由原理
1、vlan内通信
在二层接入交换机上划分vlan,各部门数据只能在vlan 内转发。
2、vlan间通信
如：vlan10中的计算机需要与vlan20中的计算机通信， 在二层交换机无法实现，需要一台三层交换机帮助实现。
实训
四、利用三层交换机的路由原理实现不同VLAN间通信
Switch(config-if)#ip address
192.168.2.254 255.255.255.0
Switch(config-g-if)#exit
Switch(config)#ip routing......开启三层
交换机的路由功能
作业
结合本课知识点，参考老师的讲解与演示，设计实现不同 部门（VLAN）之间网络之间的通信。
三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术，在网络 模型中的第三层实现了数据包的高速转发，既可实现网络路 由功能，又可根据不同网络状况做到最优网络性能。
三层交换原理
三层交换原理随着计算机网络的快速发展，传统的网络交换技术已经不能满足大规模网络的需求。
为了提高网络的传输效率和可靠性，三层交换技术应运而生。
三层交换原理是现代网络通信中的重要基础，本文将详细介绍三层交换原理及其工作方式。
一、三层交换原理的概述三层交换原理是指将网络交换设备分为三层进行数据传输处理的一种技术。
它将物理层、数据链路层和网络层进行了分离，使得交换设备能够根据网络层的地址信息进行数据转发和路由选择。
三层交换技术能够实现更快速、更灵活的数据传输，提高网络的整体性能和可扩展性。
二、三层交换原理的工作方式1. 物理层：物理层是网络中最底层的一层，主要负责传输原始的比特流。
在三层交换设备中，物理层主要包括物理端口和物理链路。
物理端口是设备与外界连接的接口，物理链路是连接两个物理端口的传输媒介。
2. 数据链路层：数据链路层负责将物理层传输的比特流转换为帧，并对帧进行处理和管理。
在三层交换设备中，数据链路层主要包括MAC地址表和交换引擎。
MAC地址表用于记录设备的物理地址和端口的对应关系，交换引擎用于控制帧的转发和过滤。
3. 网络层：网络层负责将数据链路层传输的帧转换为数据包，并对数据包进行路由选择和转发。
在三层交换设备中，网络层主要包括路由表和路由引擎。
路由表用于记录网络层地址和下一跳的对应关系，路由引擎用于控制数据包的转发和路由选择。
三、三层交换原理的优点1. 提高网络的传输效率：三层交换设备能够根据网络层的地址信息进行数据转发和路由选择，从而实现快速的数据传输和路由选择，提高网络的传输效率。
2. 提高网络的可靠性：三层交换设备能够根据网络层的地址信息进行数据转发和路由选择，从而实现冗余路径的选择和数据包的备份，提高网络的可靠性。
3. 提高网络的扩展性：三层交换设备能够根据网络层的地址信息进行数据转发和路由选择，从而实现网络的灵活扩展和配置，提高网络的扩展性。
四、三层交换原理的应用场景1. 大规模企业网络：三层交换设备能够根据网络层的地址信息进行数据转发和路由选择，从而实现快速的数据传输和路由选择，适用于大规模企业网络的搭建和管理。
三层svi原理
三层SVI（Switched Virtual Interface）是一种在网络交换机上实现三层路由功能的技术。
它通过在交换机上创建虚拟接口，将交换机的二层交换和三层路由功能结合起来，实现了在交换机上进行路由转发的能力。
三层SVI的原理如下：
1. 创建虚拟接口：在交换机上创建一个虚拟接口，该接口具有一个虚拟IP地址和一个虚拟MAC地址。
这个虚拟接口相当于一个虚拟的路由器接口。
2. 配置VLAN：将虚拟接口与一个VLAN关联起来，使得该接口可以与该VLAN中的其他设备进行通信。
3. 配置IP路由：在交换机上配置IP路由表，将需要进行路由转发的目的网络与相应的出接口关联起来。
4. 数据转发：当交换机接收到一个数据包时，首先根据数据包的目的MAC地址判断是否为本地主机。
如果是本地主机，则将数据包交给本地主机处理；如果不是本地主机，则根据数据包的目的IP地址查找路由表，确定数据包的下一跳地址，并将数据包转发到相应的出接口。
5. 路由转发：当数据包到达出接口时，根据目的MAC地址将数据包转发到下一跳设备。
下一跳设备收到数据包后，根据目的IP地址再次进行路由转发，直到数据包到达目的主机。
通过三层SVI技术，交换机可以实现基本的路由功能，将不同VLAN中的主机进行互联，并实现不同子网之间的通信。
这种技术可以提高网络的性能和可靠性，减少网络拓扑复杂性，提高网络管理的灵活性。
三层交换机的工作原理
三层交换机的工作原理
三层交换机是一种功能强大的网络设备，能够实现数据包的高效传输和路由功能。
其工作原理包括以下几个方面：
1. 学习和建立MAC表：三层交换机可以通过监测网络上的数
据流量来学习和建立MAC表。
当它接收到一个数据包时，会
查看数据包中的源MAC地址，并将源MAC地址与对应的接
口关联起来，存储在MAC表中。
这样，当交换机再次收到目
标MAC地址与已有记录中的某个源MAC地址相匹配的数据
包时，就可以直接将数据包发送到相应的接口，而不需要广播整个网络。
2. VLAN划分：三层交换机可以将网络划分为多个虚拟局域网（VLAN）。
通过将端口与相应的VLAN进行绑定，三层交
换机可以实现不同VLAN之间的隔离，并提供不同VLAN之
间的数据通信。
3. 路由功能：与二层交换机不同，三层交换机不仅能够根据MAC地址来转发数据包，还能根据IP地址来进行数据包转发。
当交换机接收到一个数据包时，它会查看数据包中的目标IP
地址，并查询路由表来确定该数据包应该被转发到哪个接口。
交换机会通过自身的路由算法来选择最佳路径进行转发。
4. 交换引擎：三层交换机的交换引擎负责处理数据包的转发和交换。
交换引擎会根据学习到的MAC表和路由表来确定数据
包的转发路径，并通过高速缓存和快速转发技术来实现数据包的高效传输。
总之，三层交换机通过学习MAC地址、建立MAC表、划分VLAN以及实现路由功能等机制，能够高效地处理数据包的转发和路由，提高网络的性能和可靠性。
三层交换机使用了三层交换技术
三层交换机使用了三层交换技术简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。
它解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
什么是三层交换三层交换（也称多层交换技术，或IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。
众所周知，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*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。
简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。
三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
三层交换原理一个具有三层交换功能的设备，是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。
其原理是：假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。
若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。
若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A要向“缺省网关”发出ARP(地址解析)封包，而“缺省网关”的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。
当发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。
否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。
从这以后，当A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。
由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因此三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速度，同时比相同路由器的价格低很多。
说明三层交换机的工作原理
说明三层交换机的工作原理三层交换机是一种网络设备，用于在计算机网络中转发数据包。
它工作在OSI模型的第三层网络层，即网络层。
以下是三层交换机的工作原理：1. 端口学习：当一个数据包抵达三层交换机的某个端口时，三层交换机会记录源MAC地址和对应的端口号。
它通过检查数据包的源MAC地址来判断它是从哪个端口学习到的，然后将源MAC地址和端口号的映射关系存储到交换表中。
2. ARP高速缓存：当三层交换机收到一个数据包时，它会检查数据包中的目标IP地址。
如果该IP地址能够在ARP高速缓存中找到对应的MAC地址，交换机会直接将数据包转发到对应的端口。
如果没有找到对应的MAC地址，则进入到下一步。
3. 路由决策：如果目标IP地址不在ARP高速缓存中，三层交换机需要进行路由决策。
它会查找路由表，根据目标IP地址和子网掩码来确定数据包应该转发到哪个端口。
4. ARP请求：如果三层交换机无法找到目标IP地址的对应MAC地址，并且没有路由信息，它会发送一个ARP请求到网络上，以获取目标IP地址的MAC地址。
一旦收到ARP响应，三层交换机会将目标IP地址和对应的MAC地址添加到ARP高速缓存中，并将数据包转发到对应的端口。
5. 数据转发：一旦三层交换机学习到了源MAC地址和对应的端口号，并且确定了目标IP地址的MAC地址，它会将数据包从进入端口转发到相应的出口端口。
综上所述，三层交换机通过学习和记录MAC地址和端口映射关系，进行路由决策，发送ARP请求和数据转发来实现对数据包的转发。
它能够在局域网内高效地转发数据，并使网络通信更加快速和可靠。
三层交换机的概述
三层交换机的概述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，而像路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。
三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术。
传统交换技术是在OSI网络标准模型第二层——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，既可实现网络路由功能，又可根据不同网络状况做到最优网络性能。
三层交换机的工作原理使用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B的MAC地址为目的MAC地址。
通过一定的识别触发机制，确立主机A与B的MAC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A到B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。
表面上看，第三层交换机是第二层交换器与路由器的合二为一，然而这种结合并非简单的物理结合，而是各取所长的逻辑结合。
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２００７．７43１ 西安科技大学计算机系 陕西 ７１００５４２ 中国人民解放军西安通信学院 陕西 ７１０１０６三层交换技术的原理及应用温钰１，２ 龚尚福１ 王照峰２ 李红卫２摘要：本文在分析比较二、三层交换技术的基础上介绍了三层交换技术的工作原理。
从网络扩展能力、数据处理能力、多协议支持能力以及冗余通道等多方面阐述了三层交换技术的特点。
对比分析了基于硬件结构和基于软件结构的两种三层交换技术的工作流程，阐述了三层交换技术在虚拟局域网中的应用。
关键词：三层交换技术；路由；ＶＬＡＮ０ 引言计算机技术与通信技术的结合促进了计算机网络的迅猛发展，在计算机网络中，交换机和路由器起着至关重要的作用。
随着２０世纪９０年代后期千兆交换式以太网的登台亮相，短短的３０年间，局域网经历了从单工到双工、从共享到交换、从专用到普及、从第二层交换到多层交换的过程。
网络初期，采用局域网技术组网时，使用的网络互联设备是集线器，主要工作在物理层，基于ＣＳ—ＭＡ／ＣＤ协议的用户数据的冲突检测和出错重发过程，使传输的效率很低，实现的功能主要局限于主机连接、文件和打印资料的共享，此时，多个用户共享１０Ｍｂｐｓ带宽即可满足要求。
随着网络规模的日益扩大，这种网络系统已不能胜任。
因此采用了工作在数据链路层上的设备网桥，它可起到使网段细化、减小冲突域，从而优化局域网性能的目的。
但它是对高层（第三层以上）协议透明的设备，不能有效阻止广播风暴，因此引入了路由器的概念。
路由器在子网间互连、安全控制、广播风暴限制等方面起了关键的作用，但复杂的算法、较低的数据吞吐量使其成为网络的瓶颈，为此迫切需要一种具有路由转发功能，同时还能减少网络瓶颈的技术，三层交换技术孕育而生。
１ 三层交换技术的原理三层交换是相对于传统的交换概念而提出的。
传统的交换技术是在ＯＳＩ网络参考模型中的第二层（数据链路层）进行操作，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。
在大型局域网中，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分成一个个小的局域网，也就是一个个的小网段，这样必然导致不同网段之间存在大量的互访，单纯使用二层交换机没有办法实现网间的互访，传统访问方式是单纯使用路由器，但由于路由器端口数量有限，路由速度较慢，限制了网络的规模和访问速度，所以这种环境下，就出现了二层交换技术和三层路由技术有机结合而成的三层交换技术。
二层与三层交换的示意图如图１所示。
目前，第三层交换技术在硬件上的实现主要通过与路由器有关的第三层路由硬件模块插接在第三层交换机的高速背板／总线上，使路由模块可以与需要路由的其他模块间高速地交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制（１０Ｍｂｉｔ／ｓ——１００Ｍｂｉｔ／ｓ）／。
在软件方面，第三层交换技术也界定了传统基于软件的路由器软件，对数据封包的转发等有规律的过程通过物理设备高速实现。
对如路由信息的更新、路由表维护以及路由计算、确定等功能则用软件来实现。
图１ 二层及三层交换示意图我们也可以将三层交换机定义为二层交换机＋基于硬件的路由器，简单地将三层交换机理解为由一台路由器和一台二层交换机有机叠加构成。
实际工作时两台处于不同子网的主机通信必须要通过路由，数据包必须要经过三层交换机中的路由处理器进行路由，而在同一子网中的主机通信不必再经过路由器处理。
它解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
我们可通过一个具体的通信实例来说明三层交换的工作原理。
两个使用ｌＰ协议的站点Ｔｏｍ和Ｒｏｓｅ通过第三层交换机进行通信时，发送站点Ｔｏｍ在开始发送数据时，把自己的ＩＰ地址与Ｒｏｓｅ站的ＩＰ地址进行比较，判断Ｒｏｓｅ站是否与自己在同一子网内。
若站点Ｒｏｓｅ与发送站点Ｔｏｍ在同一子网内，则进行二层的转发，不需要三层路由功能，且此时交换机是工作在二层交换机功能下。
若两个站点不在同一子网内，发送站Ｔｏｍ要与目的站Ｒｏｓｅ通信，发送站Ｔｏｍ要向“缺省网关”发出ＡＲＰ（地址解析）封包，而作者简介：温钰（１９８０－），女，讲师，在读硕士研究生，主要研究方向：网络集成与数据库。
２００７．７44“缺省网关”的ＩＰ地址其实是三层交换机的三层交换模块。
当发送站Ｔｏｍ对“缺省网关”的ＩＰ地址广播出一个ＡＲＰ请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道Ｒｏｓｅ站的ＭＡＣ地址，则向发送站Ｔｏｍ回复Ｒｏｓｅ的ＭＡＣ地址。
否则三层交换模块根据路由信息向Ｒｏｓｅ站广播一个ＡＲＰ请求，Ｒｏｓｅ站得到此ＡＲＰ请求后向三层交换模块回复其ＭＡＣ地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站Ｔｏｍ，同时将Ｒｏｓｅ站的ＭＡ Ｃ地址发送到二层交换引擎的ＭＡＣ地址表中。
从这以后，Ｔｏｍ向Ｒｏｓｅ发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。
由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因此三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速度。
这也是三层交换机性价比相对于专业路由器优秀的原因。
２ 三层交换机的特点及分类２．１ 三层交换机的特点三层交换机是 “路由器”＋“二层交换机”， 同时具有交换和路由的特性，但是三层交换机与路由器相比较，无论是在结构还是在性能上都有很大区别。
在结构上，三层交换机更接近于二层交换机，只是针对三层路由进行了专门设计，之所以称为“三层交换机”而不称为“交换路由器”，原因就在于此。
在交换性能上，三层交换机比路由器的交换性能要强很多，同时还具有路由器不及的优点。
（１） 较高的端口密度和较强的扩展能力。
常用的路由器都存在接入数量的限制，对于多于此端口数量的需求，只能使用第二台路由器设备来扩展。
三层交换机可以说不存在接入数量的限制，以ＣｉｓｃｏＣａｔａｌｙｓｔ ６５０９为例，其１０／１００Ｍ端口的密度可以达到３３６个，对于更多数量的接入还可通过级联支持二层ＶＬＡＮ的交换机做扩充，这个数量是无限的。
（２） 更强的数据处理能力。
路由器的包转发率一般为几百ｋｐｐｓ，总线带宽２Ｇｂｐｓ；而交换机的包转发率可达１５０Ｍｐｐｓ以上，背板带宽更可高达３２Ｇｂｐｓ。
（３）多协议支持功能。
三层交换机与路由器一样，支持ＩＰ、ＩＰＸ、ＤＥＣｎｅｔ等网络协议，也支持ＲＩＰ、ＯＳＰＦ等开放的动态路由协议。
简单地说，在常用场合，路由器支持的大部分协议三层交换机都能够实现，而三层交换机特有的一些功能路由器则无法实现。
（４）冗余通道支持。
当冗余通道是相同的数字通道时，二层交换机能将两条以上的相同物理链路集合成一条逻辑链路，带宽累加，只要其中一条链路是好的，就可保持连通性。
当冗余通道是数字通道和模拟通道并存时，必须用路由器，为避免动态路由占用广域网带宽，在分支节点可根据使用产品不同而选用ＨＳＲＰ或ＶＲＲＰ协议，在中心端可在局域网中用ＲＩＰ或ＯＳＰＦ动态路由协议实现路由器与交换机之间的路由信息交换。
若使用带广域网模块插槽的核心交换机，自身就可以完成动态路由信息交换。
（５） 性能价格比。
路由器与交换机的性能和价格本是不可比较的，因为路由器是广域网设备，交换机是局域网设备，不具可比性，但使用三层交换机替代路由器的接入方案后，这个比较则是必须的。
一台具有一定Ｅ１端口接入数量的路由器需几十万元人民币，而一台支持三层的低端交换机不到十万元人民币，高端交换机也仅需几十万，根据需要不同，配置也不同。
交换机与路由器端口成本相差十倍，而处理数据的能力高数十倍。
（６） 不同的应用环境。
路由器端口类型多，支持的三层协议多，路由能力强，所以适合于在大型网络之间的互连，路由器要完成选择最佳路径，进行负载分担，链路备份和与其他网络进行路由信息交换的功能。
三层交换机最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换，揉合进去的路由功能也是为此目的服务的，所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。
在网络流量很大的情况下，如果三层交换机既做网内的交换，又做网间的路由，会大大加重它的负担，影响响应速度。
在网络流量很大，但又要求响应速度很高的情况下由三层交换机做网内的交换，由路由器专门负责网间的路由工作，这样可以充分发挥不同设备的优势，是一个很好的配合。
２．２ 三层交换机的分类三层交换机根据其处理数据的不同而分为纯硬件和纯软件两大类。
（１）纯硬件三层交换机纯硬件的三层技术相对来说技术复杂，成本高，但是速度快，性能好，带负载能力强。
其原理是，采用ＡＳＩＣ芯片，用硬件的方式进行路由表的查找和刷新，如图２所示。
当数据由端口接口芯片接收进来以后，首先在二层交换芯片中查找相应的目的ＭＡＣ地址，如果查到，就进行二层转发，否则将数据送至三层引擎。
在三层引擎中，ＡＳＩＣ芯片查找相应的路由表信息，与数据的目的ＩＰ地址相比对，然后发送ＡＲＰ分组到目的主机，得到该主机的ＭＡＣ地址，将ＭＡＣ地址发到二层芯片，由二层芯片转发该分组。
图２ 纯硬件三层交换机原理（２）纯软件三层交换机基于软件的三层交换机技术较简单，但速度较慢，不适合作为主干。
其原理是，采用ＣＰＵ用软件的方式查找路由表。
如图３所示。
当数据由端口接口芯片接收进来以后，首先在二层交换芯片中查找相应的目的ＭＡＣ地址，如果查到，就进行二层转发否则将数据送至ＣＰＵ。
ＣＰＵ查找相应的路由表信２００７．７45息，与数据的目的地址相比对，然后发送ＡＲＰ分组到目的主机得到该主机的ＭＡＣ地址，将ＭＡＣ地址发到二层芯片，由二层芯片转发该分组。
因为低价ＣＰＵ处理速度较慢，因此这种三层交换机处理速度较慢。
图３ 纯软件三层交换机原理３ 三层交换技术在ＶＬＡＮ中的应用虚拟局域网技术首先是由Ｃｉｓｃｏ（思科）公司于１９９６年提出。
由于ＶＬＡＮ技术卓著的优越性，迅速引起了广泛地关注和重视。
ＶＬＡＮ技术将一个物理的ＬＡＮ］逻辑地划分成不同的广播域，每一个ＶＬＡＮ都包含一组有着相同需求的计算机工作站，它们与物理上形成的ＬＡＮ 有着相同的属性。
在第三层交换机出现之前，交换机提供的ＶＬＡＮ划分主要是基于端口和基于ＭＡＣ地址的划分。
这种策略实现了与位置无关的虚拟网，但为子网中节点的增删带来了很大困难。
第三层交换技术的出现为ＶＬＡＮ划分提供了一种全新的方法，即基于ＩＰ及策略的ＶＬＡＮ划分法，所有的节点都以ＩＰ地址为基础或根据报文协议的不同来划分子网，这将更方便于网络的管理和应用。
ＶＬＡＮ的出现使网络结构变得灵活与方便，它可以不考虑用户的物理位置而直接根据功能、应用等因素将用户逻辑上划分为一个个功能相对独立的工作组，每个用户主机都连接在一个支持ＶＬＡＮ的交换机端口上并属于一个ＶＬＡＮ。
同一个ＶＬＡＮ中的成员都共享广播，但是不同ＶＬＡＮ之间广播信息是相互隔离的。
传统的路由器在网络中有路由转发、防火墙、隔离广播等作用，而在一个划分了ＶＬＡＮ以后的网络中，逻辑上划分的不同网段之间的通信仍然要通过路由器转发。