局域网组网技术7-构建三层交换网络

7.3 三层交换技术原理
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路由 功能的交换机设备，它把三层路由器设备的路由功能叠加在二层的交换机设备上， 如图7-6所示。
7.3 三层交换技术原理
在局域网中，通常的默认网关设备多为三层交换机设备。三层交换机通过查看本 机上的IP路由表信息，同时，建立该IP和MAC地址的映射关系，匹配成功该IP数 据包转发路由后，转发该数据包到指定的子网中。 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。
7.1 什么是第三层交换
三层交换机可提供远远高于路由器性能，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7-2所示。 但在实现不同类型的网络通讯上，路由器具发挥比三层交换机更优越的功能，如 实现广域网和局域网之间的连接。
7.1 什么是第三层交换
三层交换机为千兆网络等高带宽、高密集型网络，提供所需的不同的子网之间的 路由性能，因此，在大中型的校园网中，部署三层交换机设备，在网络中具有更 高战略意义。 三层交换机在实现全网络互连互通上，能提供远远高于传统路由器、更高速的网 络转发性能，非常适合网络带宽密集的以太网工作环境，如图7-3所示。
7.4 认识三层交换机设备
如图7-12所示的是锐捷网络RG-S8607E交换机，该交换机是面向云架构网络设计 的核心交换机，支持云数据中心特性和云园区网，实现网络云架构、虚拟化。可 以根据业务需要部署在数据中心、城域网、园区网或数据中心与园区网融合的场 景。
7.6 应用三层交换机组网
一般将三层交换机用在网络的核心层或者汇聚层，用三层交换机上的千兆端口或 百兆端口连接不同子网或VLAN，如图7-13所示。
7.2 二层交换技术和三层交换技术
众所周知，传统的交换技术发生在OSI网络标准模型的第二层：数据链路层。而 三层交换技术出现在OSI网络模型的第三层：网络层，实现IP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＋三层路由技术。
三层交换技术的出现，改变了传统局域网中为优化网络传输，进行不同的网段划
分后，进行不同网段（子网）之间的互相通信，必须依赖路由器的困境，使用三 层交换技术，改善了传统组网中由路由器连接而造成低速、网络结构复杂等网络
瓶颈问题。
7.2 二层交换技术和三层交换技术
1. 第二层交换技术 第二层交换发生在数据链路层，在第二层交换中，数据的转发都以帧交换的方式， 基于 MAC 地址表完成。 二层设备通过交换技术检查数据帧，并根据数据帧中携带的目标 MAC 地址信息， 匹配MAC地址表成功后转发信息，如图7-4所示。
7.4 认识三层交换机设备
2.基于软件的三层交换技术 基于软件的三层交换机技术原理是，在CPU中使用软件的方式查找路由表。基于 软件的三层交换机技术设计简单，但速度较慢，不适合作为主干，如图7-10所示。
7.4 认识三层交换机设备
3.识别三层交换机设备 三层交换机通过硬件实现IP路由功能，其优化路由软件使得路由效率提高，解决 了传统路由器路由速度问题，三层交换机具有“路由器的功能、交换机的性能”。 如图7-11所示锐捷网络RG-S3760E-48三层交换机是一款支持IPv6多层交换机， 该产品为IPv4网络建设、IPv4向IPv6网络过渡及IPv6网络研发，提供了最直接和 最方便灵活的技术实现和方案保障。
7.1 什么是第三层交换
1. 集线器（第一层）
集线器工作在物理层，不能区别信号中携带的信息，只能使用广播方式实现通信。
2. 二层交换机(第二层) 交换机工作在数据链路层设备，能识别信号中携带的MAC物理地址信息。能根据 学习到的地址信息，有针对性通信；只是在无法找到目标地址时，才进行广播的 方式通信。 3. 路由器(第三层) 路由器设备在通信过程中，根据信号中携带的目标IP地址，而不是数据链路层 MAC 地址来引导网络信息流；并连接不同的网络，实现不同的网络之间通信。 4. 三层交换机(第三层)
【学习目标】
掌握三层交换技术原理 使用三层交换机组网 配置三层交换机实现子网通信 配置三层交换机的DHCP服务 使用SVI虚拟网关实现网络连通
Leabharlann Baidu.1 什么是第三层交换
计算机网络中常说的第三层指的是OSI参考模型中网络层。 为了充分认识第三层交换，有必要对三层交换机设备， 比照OSI模型描述。如图7-1所示，按OSI分层模型，对部 分网络互连设备进行的功能介绍。
《局域组网技术》
第7章 构建三层交换网络
第7章 构建三层交换网络
【单元背景】
传统交换技术发生在OSI网络模型第二层，在数据链路层通过MAC地址操作完 成；而三层交换技术在网络中的第三层，使用IP地址实现了数据的高速转发。 三层交换技术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。
7.4 认识三层交换机设备
1.纯硬件的三层交换技术 纯硬件三层交换技术使用ASIC芯片，采用硬件的方式进行路由表的查找和刷新， 其技术复杂，成本高，但是速度快，性能好，负载能力强，如图7-8所示。
7.4 认识三层交换机设备
在三层引擎中，当数据由接口芯片接收后，首先在二层交换芯片中查找目的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芯片查找相应路由表信息，与数据目的IP地址相匹配。然后， 发送该ARP数据包到目的主机，得到该主机的MAC地址；最后，将MAC地址发 到二层芯片，由二层芯片转发该数据包，如图7-9所示。
7.6 应用三层交换机组网
三层交换机最早应用在TCP/IP同型子网连接中，所具备的路由功能也多围绕这一 目的展开，如图7-14所示。所以，三层交换机设备的路由功能，一般都没有同一 档次路由器强大，特别是在安全、协议转换支持等方面还有许多欠缺，并不能完 全取代路由器工作。
7.2 二层交换技术和三层交换技术
2. 第三层交换技术 三层交换技术在网络层进行。在第三层交换中，数据的转发过程，以数据包的形 态呈现，基于网络层的IP 地址，匹配路由表成功后转发。 三层交换设备检查收到的数据包，转发到网络层解析数据包中的目标IP地址信息， 并根据目标IP地址直接转发收到数据包，如图7-5所示。