三层交换技术详解(张永峰)
第三层交换技术
第三层交换技术纪林1．引言在今天的网络建设中，新出现的三层交换机已成为我们的首选。
它以其高效的性能、优良的性能价格比得到用户的认可和赞许。
目前，三层交换机在企业网/校园网建设、智能社区接入等等许多场合中得到了大量的应用，市场的需求和技术的更新推动这种应用向纵深发展。
2．传统交换技术传统的局域网交换机是一种二层网络设备，它在操作过程中不断收集信息去建立起它本身的一个MAC地址表。
这个表相当简单，基本上说明了某个MAC 地址是在哪个端口上被发现的。
这样当交换机收到一个以太网包时，它便会查看一下该以太网包的目的MAC地址，核对一下自己的地址表以确认该从哪个端口把包发出去。
但当交换机收到一个不认识的包时，也就是说如果目的MAC 地址不在MAC地址表中，交换机便会把该包“扩散”出去，即从所有端口发出去，就如同交换机收到一个广播包一样，这就暴露出传统局域网交换机的弱点：不能有效的解决广播、异种网络互连、安全性控制等问题。
因此，产生了交换机上的VLAN（虚拟局域网）技术。
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，而三层交换技术在网络模型中的第三层实现了分组的高速转发。
简单的说，三层交换技术就是“二层交换技术 + 三层转发”。
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的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。
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，但它是两者的有机结合，而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。
我们可以通过以下例子说明三层交换机是如何工作的。
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，会先拿自己的IP地址与B站的IP地址进行比较，判断B站是否与自己在同一子网内。
三层交换技术
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传统的MLS2-1
❖ 3层转发过程中要重新封装2层
▪ 三层交换机上，第3层引擎处理数据流的第一个包
以太帧头 IP包头 数据
CCRRCC
以太帧头 IP包头 数据
CRC
ARP请求与响 应
VLAN 1
VLAN 2
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传统的MLS2-2
▪ 转发信息库（FIB） ▪ 邻接关系表
10.10.10.2/32 VLAN 1 10.20.20.2/32 VLAN 2
00061BE393660016C72E9700 000C295E17430016C72E9700
FIB表 ①②主交机换A机给查B发找 送邻单接播关数系据表包
邻接关系表
③转发
主机B 10.20.20.2/24 000c.295e.1743
f0/1-10
f0/24 f0/24
Vlan 2 192.168.2.0/24
Vlan 3
SW-2L
192.168.3.0/24
f0/16-23
f0/11-15
192.168.3.156
192.168.2.156
16/27
三层交换机实现VLAN互通3-2
❖ 在配置2层3交层换交机换上机配置启V动L路A由N功、能Trunk
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在三层交换机上配置路由2-1
❖ 需求描述
▪ 配置路由实现内网访问路由器及其外网
f0/23
10.1.1.1/30
Vlan 1：192.168.1.1/24 Vlan 2：192.168.2.1/24 Vlan 3：192.168.3.1/24
192.168.1.156 Vlan 1
第三层交换技术介绍.doc
第三层交换技术介绍第二层交换机工作在OSI参考模型的第二层--数据链路层上，主要功能包括物理编址、网络拓扑结构、错误校验、帧序列以及流量控制等。
为了改良交换机的性能，又推出了第三层交换机，它在保存第二层计算机所有功能的前提上，增加了许多新的功能，如对VLAN的支持、对链路会聚的支持，甚至具有防火墙的功能等。
简单来说，第三层交换机就是在基于协议的VLAN划分时，增加了路由功能。
第三层交换机是Intra应用的关键，它将第二层交换机和第三层路由器两者的优势有机而智能化地结合成一个灵活的解决方案，可在各个层次提供线速性能。
这种集成化的结构还引进了策略管理属性，不仅使第二层与第三层相互关联起来，而且还提供流量优先化处理、平安访问机制以及其他多种功能。
第三层交换机分为接口层、交换层和路由层等3个局部。
接口层包含了所有重要的局域网接口，如10/100Mbps以太网、千兆以太网、FDDI和ATM等;交换层集成了多种局域网接口，并辅之以策略管理，同时还提供链路会聚、VLAN和标记机制;路由层提供主要的局域网路由协议，包括IP、IPX和AppleTalk等，并通过策略管理，提供传统路由或直通的第三层转发技术。
策略管理和行政管理相结合，使得网络管理员能够根据企业的特定需求调整网络。
一般来说，第三层交换产品都采用可编程可扩展的ASIC芯片技术，可以提供以下一些丰富的特性：(1)在所有端口，针对所有网络接口和协议的无阻塞线速交换和路由;(2)具有极高的吞吐量，数据包的转发速度(即转发包/每秒，pps)通常比中高端路由器还要快10～100倍;(3)多种协议的路由选择，如IP(RIPv1/v2、OSPF)、IP Multicast(DVMRP、PIM)和IPX等;(4)支持多种VLAN的划分，能够根据端口/MAC地址、协议、IP 子网、IEEE 802.1Q或Cisco ISL等划分;(5)具有带宽预留(RSVP)及具有效劳类别(CoS)和效劳质量(QoS)的业务量优先级处理，支持IEEE 802.1p和业务分类(DifferServ);(6)可设定访问列表控制(Aess List Control)的过滤规那么，或基于防火墙的平安策略;(7)支持通过以太网的点到点协议(PPPoE)，支持平安用户认证，配合用户计费，增强用户管理特性;(8)支持以太网带宽单元递增分配效劳;(9)ASIC的可编程性，支持诸如IPv6的技术和其他未来技术，保护用户投资。
什么是一层二层三层交换机？
什么是一层二层三层交换机？一、二层交换技术（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哪里走，把链路层信息加上转发出去；如果不能知道下一步走向哪里，则将此包丢弃，然后返回一个信息交给源地址。
网管 网络配置管理_三层交换与交换机配置
交换机的操作模式
一、EXEC模式
1.用户模式[主机名>]:可以执行EXEC命令的一部分 2.特权模式[主机名#]:可以执行全部的EXEC命令
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交换机的操作模式
1.进入特权模式
Switch>enable Switch#
2.返回用户模式
Switch#disable或 Switch#exit
Press RETURN to get started! Switch>
F0/1 F0/2
F0/3 F0/4
0260.8c01.3333
C
D
0260.8c01.2222
0260.8c01.4444
未知单播帧，广播帧： 执行广播操作Flooding
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二层交换机工作原理
二层交换机属数据链路层设备，它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。工作流程如下： 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； 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； 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 这个端口上； 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。 9
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常用的交换机配置命令
为交换机分配管理IP地址:
S2126G(config)#interface vlan 1
S2126G(config-if)#ip address {IP address} {IP
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。
三层技术建立企业IT网络
三层交换技术建立企业IT网络了解三层交换技术，首先要了解什么是“三层”？ISO国际标准组织为解决各种网络互连时所遇到的兼容性问题所定义的开放系统互连七层模型的定义：第一层—物理层：物理层定义了通讯网络之间物理链路的电气或机械特性，以及激活、维护和关闭这条链路的各项操作。
第二层—数据链路层：实际的物理链路是不可靠的，总会出现错误，数据链路层的作用就是通过一定的手段（将数据分成帧，以数据帧为单位进行传输）将有差错的物理链路转化成对上层来说没有错误的数据链路。
它的特征参数包括：物理地址、网络拓朴结构、错误警告机制、所传数据帧的排序和流控等。
其中物理地址是相对网络层地址而言的，它代表了数据链路层的节点标识技术；“拓朴”是网络中经常会碰到的术语，标记着各个设备以何种方式互连起来，如：总线型—所有设备都连在一条总线上，星型—所有设备都通过一个中央结点互连；错误警告是向上层协议报告数据传递中错误的发生；数据帧排序可将所传数据重新排列；流控则用于调整数据传输速率，使接收端不至于过载。
第三层—网络层：网络层将数据分成一定长度的分组，并在分组头中标识源和目的节点的逻辑地址，这些地址就像街区、门牌号一样，成为每个节点的标识；网络层的核心功能便是根据这些地址来获得从源到目的的路径，当有多条路径存在的情况下，还要负责进行路由选择。
除以上之外还有传输层、会话层、表示层和应用层。
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。
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：二层交换技术加三层转发技术的产物。
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。
因此三层交换技术成为了现代中大型企业IT网络建设的首选技术。
如何建立一套高效、稳定、安全且可管理性强的三层交换网络呢？首先，我们要选取一套合适的交换网络设备。
三层交换技术
三层交换技术——LPM+HDR一、三层交换技术三层交换技术的概念交换技术是随着交换设备的出现而出现的一种数据转发技术，主要分为二层交换技术、三层交换技术和四层交换技术。
二层交换技术是最传统的交换技术，为了实现二层交换，交换机需要维护一张“MAC地址、交换机端口”的硬件转发表，当交换机接收到数据时，根据数据包中的“目的MAC地址”查询硬件转发表，匹配到相同“目的MAC地址”表项时根据对应的“交换机端口”进行线速的数据转发，由于“MAC地址”属于OSI网络参考模型中的第二层——数据链路层的地址，所以称为二层交换技术。
而为了实现三层交换技术，交换机将维护一张至少包括“目的IP地址，下一跳MAC地址”在内的硬件转发表，当交换机接收到数据时，根据数据包中的“目的IP地址”查询硬件转发表，根据匹配结果进行相应的数据转发，并且采用硬件芯片或高速缓存支持，可以达到线速。
由于“IP地址”属于OSI网络参考模型中的第三层——网络层的地址，所以称为三层交换技术。
除了三层交换技术，在三层数据转发技术中还有路由技术的概念，该技术在中低端路由器和早期交换机中采用，进行数据的转发时通过检测数据包中的“目的IP地址”来判断应该如何进行数据包的转发，但不采用硬件芯片或高速缓存支持，而只是通过CPU进行软件计算转发，所以在大流量数据条件下无法线速。
由于数据处理能力的限制，该技术在高端路由器已经不被采用，高端路由器和三层交换机一样大量地使用了三层交换技术。
如果在三层交换技术的转发过程中增加对四层TCP/UDP端口的检测和硬件转发表匹配，则成为四层交换技术，由于四层交换技术在局域网中应用极少，所以该技术并不成为交换机处理性能的衡量标准。
三层交换技术带来的影响在早期网络中，交换机只具备二层交换功能，所有的跨网段通信或跨广域网通信都通过采用路由技术的路由器设备（后来局域网内部短暂出现过采用路由技术的三层交换机），由于CPU实现路由技术的处理能力限制，当初的局域网基本不部署跨网段的网络应用，绝大部分的局域网甚至不进行任何网段的划分，不仅网络的安全性降低，网络的可管理性降低，而且由于广播的全网泛滥极大地降低了局域网的性能，无法组建大规模的网络。
3层交换技术详解
三层交换机工作原理三层交换机要执行三层信息的硬件交换，路由处理器（三层引擎）必须将有关路由选择等的三层信息下载到硬件中,以便对数据包进行处理。
为完成在硬件中处理数据包的高层信息，会使用传统的MLS(MultiLayer Switching,多层交换)和基于CEF(cisco Express Forwarding)的MLS。
CEF是比传统MLS更高级的东西，思科目前的新型交换产品都默认使用基于CEF的MLS了，所以实际上原有的一次路由，多次转发3层交换技术已经开始在渐渐被淘汰了，但搞清楚MLS原理还是有必要的。
另外，网上流传的“一次路由，多次转发”是通过ARP将接收数据的客户机MAC通告给发送数据的客户机，这个说法其实是错误的，不管怎么说发送数据的PC都只知道3层交换的网关MAC，也就是说一次路由，多次转发其后的交换过程，3层交换机仍然是要修改数据包的2层MAC地址的，而不是发送数据的PC在发送数据时就封装上接收PC的目的MAC！即便是CEF也要进行第2层的MAC地址重新封装。
传统的MLS---路由缓存MLS（第一代MLS）使用传统的MLS时，交换机将流中第一个数据包转发给第三层引擎，后者以软件交换的方式对数据包进行过处理，对数据流中的第一个包进行路由处理后，第三层引擎对硬件交换组织进行编程，使之为后续的数据包选择路由。
这个过程被称为“一次路由多次交换”,也就是说，交换机的三层引擎之需要处理数据流中的第一个数据包，而后续的数据全部由硬件来执行转发。
这样实现了三层交换的线速转发。
别名：NetflowLAN交换，基于流的交换，按需交换，“一次路由，多次交换”传统的MLS由以下三个部分组成：1.多层路由处理器（MLS-RP：Multilayer Switching-Route Processor）它相当于网络中的路由器，负责处理每个数据流的第一个数据包，协助MLS交换引擎（MLS-SE）在第三层的CAM （Content-Addressable Memory）中建立捷径条目（Shortcut Entry）。
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。
三层交换机技术解析网络知识 电脑资料
三层交换机技术解析网络知识电脑资料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的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈等问题，三层交换原理一个具有三层交换功能的设备，相当于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协议的主机A、B通过第三层交换机进行通信，发送主机A在开始发送时，把自己的IP地址与B主机的IP地址比拟，判断B主机是否与自己在同一子网内。
假设B与A在同一子网内，那么进行二层的转发。
假设两个主机不在同一子网内，如A要与目的主机B通信，发送主机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。
当发送主机A对“缺省网关”的IP地址播送出一个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主机的MAC地址，那么向A回复B的MAC地址；否那么三层交换模块根据路由信息向B播送一个ARP请求，B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主机A,同时将B主机的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，绝大局部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。
因为通信双方并没有通过路由器进行“拆包”和“打包”的过程，所以那怕主机A、B或C分属于不同的子网，它们之间也可直接知道对方的MAC地址来进行通信，最重要的是，第三层交换机并没有像其它交换机一样把播送封包扩散，第三层交换机之所以叫三层交换机就是因为它可以看懂三层信息，比方IP地址、 ARP等，三层交换机种类三层交换机可以根据其处理数据的不同而分为纯硬件和纯软件两大类。
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。
详细讲解第三层交换技术
详细讲解第三层交换技术随着当今网络业务流量呈几何级数爆炸式增长，并且业务流模式改变为更多的业务流跨越子网边界，穿越路由器的业务流也大大增加，传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈凸现出来。
第三层交换技术的出现，很好地解决了局域网中业务流跨网段引起的低转发速率、高延时等网络瓶颈问题。
第三层交换设备的应用领域也从最初的骨干层、汇聚层一直渗透到边缘的接入层。
第三层交换设备在网络互联中的应用日益普及。
然而，人们对第三层交换技术及其设备的理解却存在较大差异。
一些专业杂志和科普文摘对第三层交换技术原理的不准确介绍容易引起误导。
第三层交换作为新一代局域网路由和交换技术，其产品在体系结构、所实现的功能和性能上都有别于二层以太网交换机和传统路由器。
本文分析第三层交换技术的基本特征、分类及实现原理，希望能对人们进一步理解和使用第三层交换设备有所裨益。
1 第三层交换技术基本特征第三层交换技术也称为IP交换技术。
它将第二层交换机和第三层路由器两者的优势结合成为一个有机的整体，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，是新一代局域网路由和交换技术。
第三层交换技术具有以当前系统1/10的代价获得传输性能于过去10倍的能力。
既然第三层交换机能够代替路由器执行传统路由器的大多数功能，它应该具有路由的基本特征。
我们知道，路由的核心功能主要包括数据报文转发和路由处理两方面。
数据报文转发是路由器和第三层交换机最基本的功能，用来在子网间传送数据报文；路由处理子功能包括创建和维护路由表，完成这一功能需要启用路由协议如RIP或OSPF来发现和建立网络拓扑结构视图，形成路由表。
路由处理一旦完成，将数据报文发送至目的地就是报文转发子功能的任务了。
报文转发子功能的工作包括检查IP报文头、IP数据包的分片和重组、修改存活时间（TTL）参数、重新计算IP头校验和、MAC地址解析、IP包的数据链路封装以及IP包的差错与控制处理（ICMP）等等。
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。
三层交换机工作原理及特点
三层交换机工作原理及特点一、三层交换机的工作原理1.数据转发：三层交换机通过物理端口接收数据帧，根据帧中的目的MAC地址进行路由查找，通过查找到的路由转发数据帧到对应的出口端口。
2.路由表构建：三层交换机通过动态路由协议（如OSPF、RIP）或静态配置的方式来构建路由表。
路由表中包含目的网络的网络地址和下一跳的信息，用于数据包的选择路由。
3.数据包选择路由：当收到一个数据包时，三层交换机会根据数据包的目的IP地址查找路由表，确定数据包的下一跳，并发送到对应的出口端口。
二、三层交换机的特点1. 多协议支持：三层交换机支持多种网络协议，如IP、IPX、AppleTalk等，可以处理不同协议的数据包。
2.高性能：三层交换机可以通过硬件加速技术进行高速数据转发，能够满足大规模网络环境下的高性能需求。
3.灵活的网络拓扑支持：三层交换机支持多种网络拓扑结构，包括星型、环形、树形等，能够适应各种复杂的网络环境。
4.智能路由选择：三层交换机可以根据IP地址进行路由选择，能够根据网络拓扑和流量状况进行动态调整，保证数据的最优传输路径。
5.安全性：三层交换机支持访问控制列表（ACL）和虚拟局域网（VLAN）等安全特性，可以对网络流量进行过滤和隔离，提高网络的安全性和可靠性。
6.可扩展性：三层交换机支持模块化设计，可以通过添加模块来扩展交换机的功能，如添加路由模块、防火墙模块等。
7.管理和监控功能：三层交换机提供丰富的管理和监控功能，包括SNMP管理、日志记录、流量监控等，方便管理员对网络进行管理和故障排查。
三、三层交换机应用场景1.大型企业网络：在大型企业网络中，三层交换机可以实现复杂的路由功能，提供高性能的数据转发能力，满足企业对网络速度和可靠性的要求。
2.数据中心：在数据中心中，三层交换机可以进行服务器之间的高速数据转发和优化路由选择，提高系统的整体性能和可靠性。
3.运营商网络：在运营商网络中，三层交换机可以进行路由选择和流量调度，实现网络的负载均衡和优化，提高网络的整体服务质量。
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。
计算机组网技术讲稿第12章第三层交换技术
2020/12/7
计算机组网技术讲稿第12章第三层交 换技术
本章重点
n 什么是第三层交换，其目的是什 么。
n MPLS的基本工作原理 n MPLS的标签交换过程
复习时以上课电子版教材为主。
计算机组网技术讲稿第12章第三层交 换技术
第12章 第三层交换技术
•Label： •COS：
3位 •S： •TTL：
8位
标签
20位
服务等级
堆栈标志 1位 生存时间
计算机组网技术讲稿第12章第三层交 换技术
4. 转发机制
•即标签交换机制
•LSR
•标记替换
输入端 口
1
•标记信息库LIB
输入标 输出端
记
口
4
5
输出标 记
6
•IP分组•标记4 •1
•5 •IP分组•标记6
•LSR
输入标 输出标
记
记
4
6
•LSR
输入标 记
6
输出标 记
3
计算机组网技术讲稿第12章第三层交 换技术
MPLS网络框架结构及MPLS交换原理
计算机组网技术讲稿第12章第三层交 换技术
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/12/7
计算机组网技术讲稿第12章第三层交 换技术
2. 标签交换路由器LSR 是一个通用的IP交换机，具有第三层转发分 组和第二层交换分组的功能。它能运行传统 的IP路由协议，并能执行一个特殊控制协议 以与邻接的LSR协调标签的绑定信息。
计算机组网技术讲稿第12章第三层交 换技术
• 3. 标签Label
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三层交换机原理详解(张永峰编辑 06-11-26)第三层交换技术也称为IP交换技术。
它将第二层交换机和第三层路由器两者的优势结合成为一个有机的整体，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，是新一代局域网路由和交换技术。
随着当今网络业务流量呈几何级数爆炸式增长，并且业务流模式改变为更多的业务流跨越子网边界，穿越路由器的业务流也大大增加，传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈凸现出来。
第三层交换技术的出现，很好地解决了局域网中业务流跨网段引起的低转发速率、高延时等网络瓶颈问题。
第三层交换设备的应用领域也从最初的.0.骨干层、汇聚层一直渗透到边缘的接入层。
第三层交换设备在网络互联中的应用日益普及。
然而，人们对第三层交换技术及其设备的理解却存在较大差异。
一些专业杂志和科普文摘对第三层交换技术原理的不准确介绍容易引起误导。
第三层交换作为新一代局域网路由和交换技术，其产品在体系结构、所实现的功能和性能上都有别于二层以太网交换机和传统路由器。
本文分析第三层交换技术的基本特征、分类及实现原理，希望能对人们进一步理解和使用第三层交换设备有所裨益。
★一、第三层交换技术基本特征第三层交换技术也称为IP交换技术。
它将第二层交换机和第三层路由器两者的优势结合成为一个有机的整体，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，是新一代局域网路由和交换技术。
第三层交换技术具有以当前系统1/10的代价获得传输性能于过去10倍的能力。
既然第三层交换机能够代替路由器执行传统路由器的大多数功能，它应该具有路由的基本特征。
我们知道，路由的核心功能主要包括数据报文转发和路由处理两方面。
数据报文转发是路由器和第三层交换机最基本的功能，用来在子网间传送数据报文；路由处理子功能包括创建和维护路由表，完成这一功能需要启用路由协议如RIP或OSPF来发现和建立网络拓扑结构视图，形成路由表。
路由处理一旦完成，将数据报文发送至目的地就是报文转发子功能的任务了。
报文转发子功能的工作包括检查IP报文头、IP数据包的分片和重组、修改存活时间（TTL）参数、重新计算IP头校验和、MAC 地址解析、IP包的数据链路封装以及IP包的差错与控制处理（ICMP）等等。
第三层交换也包括一系列特别服务功能:如数据包的格式转换，信息流优先级别划分，用户身份验证及报文过滤等安全服务，IP地址管理，局域网协议和广域网协议之间的转换。
当第三层交换机仅用于局域网中子网间或VLAN间转发业务流时可以不执行路由处理，只作第三层业务流转发，这种情况下设备可以不需要路由功能。
由于传统路由器是一种软件驱动型设备，所有的数据包交换、路由和特殊服务功能，包括处理多种底层技术和多种第三层协议几乎都由软件来实现，并可通过软件升级增强设备功能，因而具有良好的扩展性和灵活性。
但它也具有配置复杂、价格高、相对较低的吞吐量和相对较高的吞吐量变化等缺点。
第三层交换技术在很大程度上弥补了传统路由器这些缺点。
在设计第三层交换产品时通常使用下面一些方法：·削减处理的协议数，常常只对IP；·只完成交换和路由功能，限制特殊服务；·使用专用集成电路（ASIC）构造更多功能，而不是采用RSIC处理器之上的软件运行这些功能。
第三层交换产品采用结构化、模块化的设计方法，体系结构具有很好的层次感。
软件模块和硬件模块分工明确、配合协调，信息可为整个设备集中保存、完全分布或高速缓存。
例如，IP报文的第三层目的地址在帧中的位置是确定的，地址位就可被硬件提取，并由硬件完成路由计算或地址查找；另一方面，路由表构造和维护则可继续由RSIC芯片中的软件完成。
总之，第三层交换技术及产品的实现归功于现代芯片技术特别是ASIC技术的迅速发展。
★二、第三层交换技术分类、原理及实现方法目前主要存在两类第三层交换技术：第一类是报文到报文交换，每一个报文都要经历第三层处理（即至少是路由处理），并且数据流转发是基于第三层地址的；第二类是流交换，它不在第三层处理所有报文，而只分析流中的第一个报文，完成路由处理，并基于第三层地址转发该报文，流中的后续报文使用一种或多种捷径技术进行处理，此类技术的设计目的是方便线速路由。
理解第三层交换技术的关键首先需要区分这两类报文的不同转发方式。
报文到报文处理方法的一个显著特征是其能够适应路由的拓扑变化。
通过运行标准协议并维护路由表，报文到报文交换设备可动态地重新路由报文，绕过网络故障点和拥塞点而无需等待高层的协议检测报文丢失。
流交换方法没有这些特征，因为后续报文走捷径而无需第三层处理，这样，它就不能识别标准协议对路由表的改变。
因此，流交换方法可能需要另外的协议取得拓扑变化或拥塞信息，以便到达交换系统正确的地方。
2.1 报文到报文交换技术原理及实现方法报文到报文交换遵循这样一个数据流过程：报文进入系统中OSI 参考模型的第一层，即物理接口，然后在第二层接受目的MAC检查，若在第二层能交换则进行二层交换，否则进入到第三层，即网络层。
在第三层，报文要经过路径确定、地址解析及某些特殊服务。
处理完毕后报文已更新，确定合适的输出端口后，报文通过第一层传送到物理介质上。
传统路由器是一种典型的符合第三层报文到报文交换技术的设备，它的完全基于软件的工作机制所产生的固有缺陷已被现代基于硬件的第三层交换设备所克服。
目前各个厂商所提供的第三层交换设备在体系结构上几乎具有相同的硬件结构。
ASIC完成所有的报文操作，包括路由查找、报文分类、第三层转发和业务流决策，这一将报文转发分布于每一个I/O端口的ASIC的方法是第三层交换设备能够线速路由的关键部分。
CPU模块主要完成设备的背景操作，如运行与路由处理相关的各种路由协议、创建和维护路由表、系统配置等，并把路由表信息导入每一个I/O接口模块分布式转发引擎的ASIC中2.2流交换技术原理及实现方法在流交换中，第一个报文被分析以确定其是否标识一个“流”或者一组具有相同源地址或目的地址的报文。
流交换节省了检查每一个报文要花费的处理时间。
同一流中的后续报文被交换到基于第二层的目的地址。
流交换需要两个技巧，第一个技巧是要识别第一个报文的哪一个特征标识一个流，这个流可以使其余报文走捷径，即第二层路径。
第二个技巧是，一旦建立穿过网络的路径，就让流足够长以便利用捷径的优点。
怎样检测流、识别属于特定流的报文以及建立通过网络的流通路随实现机制的变化而不同。
目前出现了多种流交换技术，如3Com公司的快速IP、由Cisco提交给IETF的多协议标记交换（MPLS）、ATM论坛的多协议（MPOA）以及Ipsilon公司的IP交换。
我们可将其划分成两个主要类型：端系统驱动流交换和网络中心式流交换。
限于篇幅，现只简单介绍3Com公司的快速IP工作原理。
3Com 公司的快速IP属于端系统驱动流交换技术，其工作原理基于NHRP 标准（草案）。
源端主机发送一个快速IP连接请求，该请求就像数据报文一样被路由穿过网络，如果目的端主机也运行快速IP，则它发送一个包含其MAC地址的NHRP应答报文给源端主机，如果源端主机和目的端主机存在二层交换通路，当NHRP应答报文到达源端主机时将在经过的交换机中建立目的端主机MAC地址和端口的映射表，随后源端主机可根据目的端主机MAC地址直接通过交换机二层通路交换数据报文，不再经过路由器；如果两端主机之间没有交换路径而无NHRP应答返回，则报文如前进行路由。
快速IP软件主要运行在源、目的端主机的网络接口卡（NIC）的驱动程序之上。
它与主机的IP 协议栈和NIC驱动程序接口，以协调NHRP交换。
总之，快速IP试图改善在交换网络上完成路由的转发性能，但它没有潜在的灵活性，也不能通过报文过滤提供任何安全保障，而且需要在参与快速IP交换的主机上安装NHRP协议软件。
实际上增加了设备的维护工作量。
多种流交换技术最初是在路由选择比较慢和代价比较大的前提下开发的。
报文到报文交换产品已经证明了情况不再如此。
与报文到报文交换产品相比，流交换方法显得更复杂和难以理解。
在动态网络环境下，成功地标识、建立、管理和撤消大量的流需要哪些措施，仍然是一个有待研究的问题。
目前应用在局域网互联的第三层交换设备多是基于报文到报文交换技术。
流交换更可能在广域网中找到其位置。
★三、对第三层交换机“路由一次，处处交换”或“基于目的MAC 地址的第二层交换”这一观点提出质疑当前，很多文章对三层交换机的工作原理进行过介绍，在交换机对三层报文转发机制上基本趋向一致观点，那就是“路由一次，处处交换”或“基于目的MAC地址的第二层交换”。
分析上面这段文章，本人认为这种观点违背了主机与缺省网关通信的基本原理。
①:文章提到“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”。
实际上，A站向三层交换模块发送网关IP地址的ARP请求时，ARP请求报文并不包含B站IP地址，三层交换模块只会把自己IP地址对应的MAC地址回复给A站，根本不会向发送站A回复B的MAC地址。
这是错误之一。
②:退一步说，即便三层交换模块回复B站的MAC地址，由于B站和A站不在同一子网，A站也不会把B站的目的MAC地址封装在A站要发送的以太网帧中。
这是错误之二。
③:再者，三层交换模块接收A站发送到B站的以太网帧，三层交换模块从以太网帧的IP包中提取B站的IP地址，通过查找路由表，寻找到B站的下一跳，若B站与第三层交换机某一接口在同一网段，第三层交换机向B站IP地址广播ARP请求，从B站的ARP应答中可得知B站的MAC地址；若B站与三层交换机某一接口不在同一网段，中间相隔了好几跳，三层交换模块只会向下一跳IP地址广播ARP请求，下一跳ARP应答的应是下一跳IP地址的MAC地址，三层交换模块无从得知B站的MAC地址。
这是错误之三。
要达到“路由一次，处处交换”或“基于目的MAC地址的第二层交换”的目的，必须改变现存主机与缺省网关的通信机制或第三层交换机的路由规则，换句话说，以一种新的主机与缺省网关的通信机制替代现有的通信机制。
就像前面描述的3Com公司的快速IP技术一样。
实际网络中主机和第三层交换机都工作得很好，无需主机做任何改变，也无需改变原有的网络设施。
在第三层交换机替代传统路由器的场合，子网间的流量转发性能却得到了空前的提高。
这并不是改变了交换机对三层报文转发机制的结果，即“路由一次，处处交换”或“基于目的MAC地址的第二层交换”的结果，而是第三层交换机基于硬件快速转发三层报文的结果。