三层交换机工作原理及特点
三层交换机常用技术 -回复
三层交换机常用技术-回复标题：【三层交换机常用技术】详解与应用一、引言在现代网络架构中，三层交换机扮演着至关重要的角色。
它结合了二层交换机快速转发数据包的能力和路由器进行网络层（即OSI模型的第三层）路由选择的功能，实现了高速、智能的数据传输。
本文将详细解析三层交换机的核心技术及其应用场景。
二、基础知识——三层交换原理三层交换技术的核心在于“一次路由，多次交换”的工作模式。
首先，通过硬件实现IP地址到MAC地址的快速转换（即CAM表），对未知目的地址的数据包执行首次路由查找，并将结果记录在交换机内部的高速缓存中。
后续发往同一目的地址的数据包则直接根据缓存中的信息进行二层交换，从而大大提高了数据包转发效率。
三、核心技术剖析1. VLAN间路由：三层交换机支持VLAN间的通信，每个VLAN可以视为一个独立的广播域。
通过配置SVI（Switched Virtual Interface，虚拟交换接口），三层交换机可以在不同VLAN间实现路由功能，有效隔离网络流量，提高网络安全性与可管理性。
2. IP路由协议：三层交换机支持多种IP路由协议，如RIP（Routing Information Protocol）、OSPF（Open Shortest Path First）、EIGRP （Enhanced Interior Gateway Routing Protocol）等，这些协议使得交换机能够动态学习并维护网络中的路由信息，实现跨网段的数据传输。
3. ACL（Access Control List）：三层交换机提供了ACL功能，可以根据源/目的IP地址、端口号等多种条件控制数据包的流向，实现精细化的安全策略部署。
4. QoS（Quality of Service）：三层交换机支持QoS策略，能根据业务类型和优先级对网络流量进行分类、标记、调度和整形，确保关键业务数据在网络拥堵时仍能得到足够的带宽保障。
5. 端口安全：三层交换机具备端口安全特性，可以限制特定端口接入设备的数量、类型或MAC地址，防止非法用户接入和恶意攻击。
第三层交换机工作原理及优势
第三层交换机同时具备传统交换机与路由器两种功能，它既可以完成传统交换机的端口交换功能，又可完成部分路由器的路由功能，使用起来很方便。
第三层交换机到底能不能完全取代路由器呢？这一直是人们争论的焦点，我们确实能够看到第三层交换机功能的强大，但是只有在特点的环境下，第三层交换才能代替路由器使用。
在IOS的七层参考模型中，第二层（数据链路层）是实现交换的，第三层（网络层）是实现路由的，但近来，第三层交换机非常风光，这到底是怎么回事？我们通过分析第三层交换机的工作原理、优势和适用领域对第三层交换机进行深入剖析。
一、第三层交换机的工作原理要论述第三层交换机的工作原理，我们可以从传统交换机和路由器的实现原理中入手。
简单地说，传统的局域网交换机是从网桥发展来的，属于第二层设备。
它是一个可以将发信方源地址与收信方目的地址连接起来的网络设备，该设备可以根据数据单元中的头信息，将来自一个或多个输入端口的信元或帧移动到一个或多个输出端口，完成信息发送过程的交换。
显然，第二层交换机的最大好处是数据传输快，因为它仅需要识别数据帧中的MAC地址，而直接根据MAC地址产生选择转发端口的算法又十分简单，非常便于采用ASIC芯片实现。
所以，第二层交换的解决方案实际上是一个“处处交换”的廉价方案，虽然也能支持子网划分和广播限制等基本功能，但控制能力较小。
传统的第三层路由器属于第三层设备，它是根据IP地址寻址和通过路由表路由协议来实现路由功能的。
在局域网中的作用主要是路由转发、网络安全和隔离广播等，即在完成子网的网间连接的同时，还可以隔离子网间的广播风暴，可以控制一个网络非法信息进入到另一个网络中。
由于在路由转发中，路由器普遍采用的技术是最长匹配方式，而该方式实现起来非常复杂，所以只能利用软件来完成，自然会对网络带来一定的延迟。
由此可见，传统交换机是同一网络系统中主机之间端口连接的网络设备，传统路由器是同类或异类网络系统中各子网之间连接的网络设备。
3层交换机介绍
三层交换机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，而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。
应用背景出于安全和管理方便的考虑，主要是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成一个个小的局域网，这就使VLAN技术在网络中得以大量应用，而各个不同VLAN间的通信都要经过路由器来完成转发，随着网间互访的不断增加。
单纯使用路由器来实现网间访问，不但由于端口数量有限，而且路由速度较慢，从而限制了网络的规模和访问速度。
基于这种情况三层交换机便应运而生，三层交换机是为IP设计的，接口类型简单，拥有很强二层包处理能力，非常适用于大型局域网内的数据路由与交换，它既可以工作在协议第三层替代或部分完成传统路由器的功能，同时又具有几乎第二层交换的速度，且价格相对便宜些。
在企业网和教学网中，一般会将三层交换机用在网络的核心层，用三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或VLAN。
不过应清醒认识到三层交换机出现最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具备的路由功能也多是围绕这一目的而展开的，所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。
毕竟在安全、协议支持等方面还有许多欠缺，并不能完全取代路由器工作。
在实际应用过程中，典型的做法是：处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLA N间的路由，用三层交换机来代替路由器，而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域的网络访问时，才通过专业路由器。
三层交换机工作原理三层交换技术就是二层交换技术＋三层转发技术。
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。
应用第三层交换技术即可实现网络路由的功能，又可以根据不同的网络状况做到最优的网络性能。
三层交换机的工作原理
三层交换机的工作原理嘿，伙计们，今天咱来唠一唠这个三层交换机的那些个神秘工作原理，保证让你听得津津有味，大开眼界。
你知道吗，这玩意儿在现代网络世界里可是个不可或缺的关键角色，就像电影里的超级英雄一样，默默地守护着我们的数据洪流。
首先，咱们得从“二层交换”和“三层交换”的区别说起。
二层交换机，好比是小区里的邮递员，只看门牌号（MAC地址）送信，而三层交换机则是个精明能干的都市规划师，不仅要知道门牌号，还要理解街区布局（IP地址），以便把信息精准地送达目的地。
所以，三层交换机本质上就是集成了二层交换功能与路由器功能的智能设备。
那么，三层交换机究竟是如何实现这一神奇操作的呢？这就涉及到了它的核心——路由处理引擎和快速转发技术。
想象一下，路由处理引擎就好比是交换机的大脑，它负责学习、计算并维护整个网络的路由表，确保数据包能够沿着最优路径传输。
而快速转发技术，则像是它的超能力，通过硬件ASIC芯片的高速运算，实现对已知目的地址的数据包进行线速转发，那速度，真可谓风驰电掣！再来细说这个过程，当一个数据包进入三层交换机时，它会首先进入CPU的大脑区域进行分析。
如果是新的或未知的目的地，CPU会根据路由协议动态计算出最佳路径，并更新路由表；而如果目标地址已经在路由表中，那就轮到快速转发技术大显身手了，直接通过硬件查表转发，无需CPU介入，大大提升了效率，这叫啥？这就叫“快刀斩乱麻”，又准又狠！此外，三层交换机还有一个绝活儿，那就是VLAN（虚拟局域网）划分和 VLAN 间的路由。
这就好比在一个大型社区里，通过设置不同的楼宇群组，既能保持各楼宇间的独立性，又能实现高效的信息互通，而这全靠三层交换机在幕后巧妙地进行封装和解封装，使得不同VLAN间的数据可以顺畅穿越。
总的来说，三层交换机就像是网络世界的交通指挥官，凭借其聪明才智和迅捷身手，游刃有余地穿梭于复杂多变的网络环境之中，既保证了数据传输的安全高效，也极大地优化了网络资源的利用。
三层交换机与路由器区别在哪里？
三层交换机与路由器区别在哪里？很多朋友问到, 路由器与三层交换机有什么区别？这是个好问题, 今天我们一起来了解下。
一、交换机的工作原理当交换机收到数据时, 它会检查它的目的MAC地址, 然后把数据从目的主机所在的接口转发出去。
交换机之所以能实现这一功能, 是因为交换机内部有一个MAC地址表, MAC地址表记录了网络中所有MAC 地址与该交换机各端口的对应信息。
某一数据帧需要转发时, 交换机根据该数据帧的目的MAC地址来查找MAC地址表, 从而得到该地址对应的端口, 即知道具有该MAC地址的设备是连接在交换机的哪个端口上, 然后交换机把数据帧从该端口转发出去。
1.交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射, 并将其写入MAC地址表中。
2.交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较, 以决定由哪个端口进行转发。
3.如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中, 则向所有端口转发。
这一过程称为泛洪（flood）。
4.广播帧和组播帧向所有的端口转发。
例: 某网络如图1所示。
图1 交换机地址表表1端口/MAC地址映射表假设主机pc1向主机pc7发送一个数据帧, 该数据帧被送到交换机后, 交换机首先查MAC地址表, 发现主机pc7连接在E0/24接口上, 就将数据帧从E0/24接口转发出去。
交换机的三个基本功能1.学习以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址, 并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中.2.转发/过滤当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时, 它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口)3.消除回路当交换机包括一个冗余回路时, 以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生, 同时允许存在后备路径。
二、二、三层交换机对比1.二层交换技术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。
二层交换机,三层交换机,路由器的工作原理
二层交换机,三层交换机,路由器的工作原理在计算机网络中，二层交换机，三层交换机和路由器都是常用的网络设备。
它们在网络中扮演着重要的角色。
因此，了解它们的工作原理是非常有必要的。
1. 二层交换机的工作原理二层交换机是一种基于MAC地址的交换设备，工作在OSI模型的数据链路层。
它的主要作用是在局域网中转发数据包。
其工作原理如下：首先，当一个数据包到达二层交换机时，二层交换机会检查数据包中的MAC地址和它已知的MAC地址表中的条目进行匹配。
如果交换机没有找到匹配的目标MAC地址，它将对数据包进行广播。
这样，所有连接到交换机的设备都会收到这个数据包。
然后，当交换机找到匹配的MAC地址时，它将把数据包转发到该MAC地址所对应的端口。
如果交换机仍然无法找到MAC地址，则它将继续进行广播，直到目标设备响应为止。
这样，二层交换机就可以实现在局域网中的设备之间进行快速的数据交换。
2. 三层交换机的工作原理三层交换机是一种基于IP地址的交换设备，工作在OSI模型的网络层，除了具备二层交换机的基本功能外，还能实现路由功能。
其工作原理如下：首先，三层交换机与二层交换机一样，会检查数据包中的目标MAC地址。
但是，在检查完MAC地址之后，三层交换机还会检查数据包的目标IP地址。
如果交换机已经学习到了该IP地址对应的MAC地址，则会把数据包直接转发到所对应的端口。
其次，如果交换机还没有学习到这个IP地址，它将把数据包发送到它的默认网关。
默认网关是三层交换机的一个特殊端口，它连接到Internet或其他网络。
默认网关将负责将数据包转发到目标设备。
最后，如果三层交换机本身就是数据包要到达的目标设备，它将拦截数据包并将其传递给应用程序。
这样，三层交换机就可以实现快速的路由和转发功能。
3. 路由器的工作原理路由器是一种连接不同网络的设备，它能在不同的网络之间传递数据。
它是工作在OSI模型的网络层。
其工作原理如下：首先，当一个数据包到达路由器时，路由器将检查数据包中的目标IP地址，并根据其路由表来决定将它转发到哪个网络中。
三层的涵义、三层交换机的工作原理
三层的涵义、三层交换机的工作原理三层的涵义三层交换机中的“三层”指的是OSI(开放系统互连)七层参考模型的下面三层。
如果您想理解三层交换，首先就需要理解OSI参考模型。
1、什么是OSI参考模型OSI参考模型是国际标准化组织为了解决不同系统的互联而提出的模型，它将计算机网络按功能划分为七个层次，这就是网络通信中的七层模型或七层结构，各层名称如图1所示。
图1OSI各层之间存在相互依存关系。
如果没有底层，上层也将无从存在。
举一个浅显的例子。
网络上数据传输就像是过地下通道，必须一级一级台阶地下，然后一级一级台阶地上，才能完成整个过程，如图2所示。
图22、OSI参考模型与网络设备OSI参考模型与网络设备，如集线器、交换机、路由器，存在一一对应的关系，图3就是OSI模型下三层与网络设备及网络设备处理的数据单元的对应图。
(1)第一层——物理层物理层设备是最低层次的网络设备，主要负责实际的信号传输，即比特流。
对于物理层设备来讲，它只认识比特流，至于什么MAC地址、IP地址，它什么也不知道。
有些校园网中现在还在使用的集线器(Hub)就是典型的物理层设备。
(2)第二层——数据链路层数据链路层负责在两个主机上建立数据链路连接，向物理层传输数据帧，并对信号进行处理使之无差错并合理地传输。
校园网中我们最常使用的交换机(Switch)就是典型的数据链路层设备。
对于数据链路层设备来讲，它只认识帧和比特流(二层以下的数据)，至于IP地址(三层以上的东西)，它就不知道了。
“帧”是第二层的数据单元，而且只在第二层中才有意义。
二层交换机只能连接IP地址在同一子网内的计算机，如果计算机的IP地址在不同的子网内，即使连接在同一台交换机的端口上，虽然近在咫尺，也不能相互通信，因为现在的计算机是通过IP地址相互通信的，而交换机不能识别IP地址。
(3)第三层——网络层网络层主要负责路由，即选择合适的路径的功能。
网络中经常使用的路由器(Router)就是典型的网络层设备，它能够识别帧中的三层地址。
三层交换机原理详解
三层交换机原理详解首先，我们来了解一下三层网络的结构。
在一个三层网络中，存在三个层次：物理层、数据链路层和网络层。
物理层负责传输数据的物理媒介，比如网线、光纤等；数据链路层负责数据的传输，将数据分割成帧，并加上控制信息；网络层负责将数据包从源地址传输到目的地址，它使用IP地址来寻址和路由决策。
接下来，我们来看一下三层交换机的工作方式。
三层交换机在数据链路层和网络层之间进行数据包的转发和路由选择。
它不仅可以通过MAC地址进行数据包的转发，还能够根据IP地址进行数据包的路由选择。
三层交换机会维护一个路由表，其中包含了目的网络的IP地址和对应的下一跳路由器。
当接收到一个数据包时，三层交换机会检查目的IP地址，并根据路由表选择最佳的下一跳路由器，然后将数据包转发到相应的接口。
三层交换机的路由选择是通过路由协议来实现的。
常见的路由协议有静态路由和动态路由。
静态路由是管理员手动配置的路由信息，适用于较小的网络环境。
动态路由则是通过交换机之间的网络协议动态学习并更新路由信息，适用于较大的网络环境。
常见的动态路由协议有RIP、OSPF和BGP等。
对于三层交换机还有两个重要的概念需要提及：子网划分和VLAN。
子网划分是将一个大的网络划分成若干个较小的网络，以提高网络的性能和安全性。
三层交换机可以通过对子网进行划分，将不同的子网连接到不同的接口上。
而VLAN（虚拟局域网）则是将一个物理局域网划分成多个逻辑上的虚拟网络，实现不同用户群之间的逻辑隔离。
总结起来，三层交换机可以实现数据包的转发和路由选择。
它通过维护路由表和使用路由协议来选择最佳路径，并支持子网划分和VLAN等网络功能。
在复杂的网络环境中，三层交换机是一个重要的网络设备，能够提高网络的性能和可管理性。
三层交换机原理图解
三层交换机原理图解与传统的二层交换机相比，三层交换机增加了路由功能，可以理解为具有路由功能的交换机。
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。
（1）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，采用硬件的方式进行路由表的查找和刷新。
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数据包到目的主机，得到该主机的MAC地址，将MAC 地址发到二层芯片，由二层芯片转发该数据包。
（2）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。
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息，与数据的目的IP地址相比对，然后发送ARP数据包到目的主机得到该主机的MAC 地址，将MAC地址发到二层芯片，由二层芯片转发该数据包。
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。
二层交换机的二层数据交换一般都是使用ASIC（专用集成电路）的硬件芯片中的Mac表来实现的，因为是硬件转发，所以转发性能非常高。
而三层交换机，但其中除了二层交换用的Mac表外，还保存有专门用于三层转发的三层硬件转发表。
如下图所示的为三层交换机的基本工作流程，其主要步骤解释如下：（1）源主机在发起通信之前，将自己的IP地址与目的主机的IP地址进行比较，如果源主机判断目的主机与自己位于不同网段时，它需要通过网关来递交报文的，所以它首先需要通过一个ARP请求报文获取网关的MAC地址（在源主机不知道网关MAC地址的情形下），即源主机先发送ARP请求帧以获取网关IP地址对应的MAC地址。
三层交换机技术及应用分析
三层交换机技术及应用分析三层交换机是一种基于网络层（第三层）的交换技术，它能够在网络中实现快速、可靠的数据转发和路由功能。
相比于传统的二层交换机，三层交换机具有更强大的功能和更高的性能，适用于大规模网络环境下的高效数据传输。
一、三层交换机的工作原理三层交换机的工作原理基于网络层的IP协议，它能够根据IP地址进行数据包转发和路由选择。
当一个数据包到达三层交换机时，交换机会根据数据包中的目标IP地址查找路由表，然后将数据包转发到最佳的目标主机。
同时，三层交换机还能够通过建立高速的虚拟局域网（VLAN）和子网划分，实现更大规模网络的管理和控制。
二、三层交换机的应用场景1.数据中心：在大型数据中心中，三层交换机通常被用于搭建高性能，高可靠的网络架构。
它能够根据流量负载和路由选择，将大量的数据包快速转发到目标服务器，提高数据中心的整体性能和可用性。
2.企业网络：在企业网络中，三层交换机可用于构建复杂的网络拓扑结构，实现不同部门之间的隔离和通信。
同时，三层交换机还能够根据网络流量和服务需求进行流量控制和负载均衡，提高网络的带宽利用率和可靠性。
3.无线局域网：三层交换机还可以用于无线局域网的管理和控制。
通过将无线接入点连接到不同的VLAN中，实现无线网络的划分和隔离。
此外，三层交换机还能够提供网络访问控制和安全策略，保证无线网络的安全性和稳定性。
4.云网络：在云计算环境下，三层交换机可以用于构建虚拟网络，在物理网络之上创建逻辑拓扑结构。
通过虚拟局域网的划分和路由选择，云计算平台可以实现多租户的网络隔离和互连，提供安全稳定的云服务。
三、三层交换机的优势1.高性能：相较于二层交换机，三层交换机具有更高的转发速度和处理能力。
它能够通过IP路由选择和流量控制，提供更高效的数据传输和转发。
2.网络划分与管理：三层交换机支持VLAN和子网划分，能够将物理网络划分为多个逻辑网络，实现不同部门和用户之间的隔离和通信。
同时，通过路由选择和访问控制，实现对网络资源的管理和控制。
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。
三层交换机基本原理详解课件PPT
流处理属性表
未 知 流
策略/管理服务器 广播包和无法
路由的包
三层交换机功能模型
ETH0:10.110.0.254/24
ETH2:10.110.2.254/24
ETH1:10.110.1.254/24
10.110.0.113/24 G:10.110.0.254
10.110.1.69/24 10.110.1.88/24 G:10.110.1.254 G:10.110.1.254
VLAN 100
VLAN 200
VLAN 300
二层交换机上和路由器上配置他们之间相连的端口使用VLAN Trunking，使多个VLAN共享同一条物理连接到路由。
交换和路由的集成
VLAN 100
VLAN 200
VLAN 100
VLAN 200
VLAN 300
VLAN 300
二层交换机上和路由器在功能上的集成构成了三层交换机，三层 交换机在功能上实现了VLAN的划分、VLAN内部的二层交换和 VLAN间路由的功能。
基于流交换的三层交换技术
3
3
3
3
2
2
2
2
1
1
1
1
不在三层处理所有报文的的方法称之为流交换（FS）。 第一个报文 后续报文
三层交换机转发流程
以太 二层交换 网包 模块
以太 MAC表 网包 VLAN表
三层路由 模块
路由表 广 播 包
包转发
多层 流分类
流分类 规则表
交
换
多层流处理
网
（接入带宽约束/优先级） 包转发
不同VLAN之间的流量不能直接跨越VLAN的边界，需要使用路由， 通过路由将报文从一个VLAN转发到另外一个VLAN。
图解三层交换机的全程工作原理
图解三层交换机的全程工作原理2010-03-19 14:57 佚名博客园我要评论(0)字号：T | T三层交换机和还有一种路由器，它设计的目的就不是用于不同类型网络的连接，所以所支持的网络协议比较单一，背板带宽也较小AD：2013大数据全球技术峰会低价抢票中如单纯的使用路由器，由于接口数量有限和路由转发速度慢，一般来说，在内网数据流量大，要求快速转发响应的网络中，如全部由三层交换机来做这个工作。
大家都知道，路由器可以连接企业局域网和广域网（如因特网），但却忽略了一路由器的另一个应用，那就是它的局域网连接功能。
路由器的广域网连接可参见拓扑图图和三层交换机的路由连接图。
路由器的作用因不同的路由器类型而定，我们常说的路由器通常是指边界路由器，就是位于不同类型网络的边界，如拓扑图图和三层交换机的路由连接图所示。
还有一种路由器，它设计的目的就不是用于不同类型网络的连接，而是用于同为局域网的不同局域网或不同子网之间的连接，这就是“中间节点路由器”。
它的网络结构如下图所示。
它与三层交换机的路由连接图相比，只是用中间节点路由器接替了原来的三层交换机。
<“边界路由器”处于网络边界的边缘或末端，用于不同网络路由器的连接，这也是目前大多数路由器的类型。
如前面介绍的互联网接入路由器和后面要介绍的VPN路由器都属于边界路由器。
这类路由器所支持的网络协议和路由协议比较广，背板带宽非常高，具有较高的吞吐能力，以满足各类不同类型网络（包括局域网和广域网）的互联。
而“中间节点路由器”则处于局域网的内部，通常用于连接不同局域网，起到一个数据转发的桥梁作用。
中间节点路由器更注重MAC地址的记忆能，要求较大的缓存。
因为所连接的网络基本上是局域网，所以所支持的网络协议比较单一，背板带宽也较小，这些都是为了获得最高的性价比，适应一般企业的随能力。
它与三层交换机的路由功能相比，在路由功能上肯定比三层交换机的强，但在局域网这种数据交换频繁的网络中，采用中间节点路由器来进行局域网的连接，网络性能可能会受到一定影响。
三层交换机工作过程的简单概括
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，前提是客户的腰包很鼓，不然就退而求其次，让三层交换机也兼为网际互连。
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。
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。
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，而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。
应用背景出于安全和管理方便的考虑，主要是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成一个个小的局域网，这就使VLAN技术在网络中得以大量应用，而各个不同VLAN间的通信都要经过路由器来完成转发，随着网间互访的不断增加。
单纯使用路由器来实现网间访问，不但由于端口数量有限，而且路由速度较慢，从而限制了网络的规模和访问速度。
基于这种情况三层交换机便应运而生，三层交换机是为IP设计的，接口类型简单，拥有很强二层包处理能力，非常适用于大型局域网内的数据路由与交换，它既可以工作在协议第三层替代或部分完成传统路由器的功能，同时又具有几乎第二层交换的速度，且价格相对便宜些。
在企业网和教学网中，一般会将三层交换机用在网络的核心层，用三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或VLAN。
不过应清醒认识到三层交换机出现最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具备的路由功能也多是围绕这一目的而展开的，所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。
毕竟在安全、协议支持等方面还有许多欠缺，并不能完全取代路由器工作。
在实际应用过程中，典型的做法是：处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLAN间的路由，用三层交换机来代替路由器，而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域的网络访问时，才通过专业路由器。
三层交换机工作原理三层交换技术就是二层交换技术＋三层转发技术。
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。
应用第三层交换技术即可实现网络路由的功能，又可以根据不同的网络状况做到最优的网络性能。
三层交换机工作原理及特点
三层交换机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，而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。
应用背景出于安全和管理方便的考虑，主要是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成一个个小的局域网，这就使VLAN技术在网络中得以大量应用，而各个不同VLAN间的通信都要经过路由器来完成转发，随着网间互访的不断增加。
单纯使用路由器来实现网间访问，不但由于端口数量有限，而且路由速度较慢，从而限制了网络的规模和访问速度。
基于这种情况三层交换机便应运而生，三层交换机是为IP设计的，接口类型简单，拥有很强二层包处理能力，非常适用于大型局域网内的数据路由与交换，它既可以工作在协议第三层替代或部分完成传统路由器的功能，同时又具有几乎第二层交换的速度，且价格相对便宜些。
在企业网和教学网中，一般会将三层交换机用在网络的核心层，用三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或VLAN。
不过应清醒认识到三层交换机出现最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具备的路由功能也多是围绕这一目的而展开的，所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。
毕竟在安全、协议支持等方面还有许多欠缺，并不能完全取代路由器工作。
在实际应用过程中，典型的做法是：处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLAN间的路由，用三层交换机来代替路由器，而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域的网络访问时，才通过专业路由器。
三层交换机工作原理三层交换技术就是二层交换技术＋三层转发技术。
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。
应用第三层交换技术即可实现网络路由的功能，又可以根据不同的网络状况做到最优的网络性能。
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。
二层交换机和三层交换机工作原理
二层交换机和三层交换机工作原理交换机是局域网络中最为常见的设备，用于实现多台计算机之间的数据交换。
它可以通过MAC地址将数据从一个端口转发到另一个端口，提高网络的传输效率和可靠性。
在交换机中，二层交换机和三层交换机是两种常见的类型，本文将详细介绍它们的工作原理。
一、二层交换机二层交换机是指工作在OSI模型的数据链路层，以MAC地址为基础进行数据包转发的网络设备。
当一台计算机需要发送数据包到另一台计算机时，数据包会首先通过交换机连接的端口到达交换机。
交换机会检查数据包的目标MAC地址，并从自己的MAC地址表中查找该地址所在的端口。
如果查找到，则直接将数据包转发到该端口；如果没有查找到，则会广播数据包到所有端口（除来源端口外），以寻找目标设备，并同时将该设备的MAC地址和端口信息更新到自己的MAC地址表中。
二层交换机的工作原理简单，但也存在一些缺点。
当网络中设备数量较少时，数据包广播的次数较少，网络带宽利用率高；但当网络中设备数量增多时，广播次数会增加，导致网络拥塞和设备性能下降。
此外，二层交换机只能进行局域网内部的转发，无法实现跨不同网络的通信。
二、三层交换机三层交换机是指工作在OSI模型的网络层，以IP地址为基础进行数据包转发的网络设备。
它不仅可以实现局域网内部的转发，还可以实现不同网络之间的转发，提高网络的可扩展性。
当一台计算机需要发送数据包到另一台计算机时，数据包会首先通过交换机连接的端口到达交换机。
交换机会检查数据包的目标IP地址，并通过路由表查找到下一跳IP地址。
如果下一跳IP地址与交换机已知的直接相连的网络相同，则直接转发数据包；否则，将数据包转发到相应的路由器进行下一跳转发。
三层交换机的工作原理虽然比二层交换机复杂，但也具有更强的功能和更高的性能。
它可以充分利用网络带宽，实现多个子网之间的无缝连接，并具有较好的防御网络攻击的能力。
总结：二层交换机与三层交换机是局域网中常见的两种网络设备，二者的工作原理是不同的。
三层交换机原理
三层交换机原理
三层交换机原理是指三层交换机实现了网络层的路由功能。
它在路由
器的逻辑架构上实现了三个层次的功能，即网络层、二层以及三层。
三层
交换机将网络层的分组路由技术与二层的硬件交换技术结合起来，增加了
网络层上能够实现的功能，使网络层上能够准确地识别不同类型的数据包，这样就能够帮助建立起一个良好的网络环境，提高了网络的运行效率。
三层交换机的原理是，它可以通过将收到的以太网数据帧分组收到以
太网网卡，然后识别出源地址、目标地址及其数据，使用路由协议将其发
送到正确的网络模块，在网络模块中根据源地址、目标地址及其数据来将
其发送到正确的端口。
三层交换机可以使用静态路由协议，也可以使用动
态路由协议，根据所选用的路由协议来确定最优路径，最终可以使用端口
转发的方式将数据传输至正确的网络。
3层交换机工作原理
3层交换机工作原理三层交换机是在OSI模型的第三层（网络层）上工作的网络设备，它具有路由器和交换机的功能。
其主要工作原理如下：1. 硬件结构：三层交换机通常由高速交换芯片、CPU、存储器和网络接口等组成。
高速交换芯片负责在数据包转发时进行数据包的处理和转发决策，CPU负责管理和配置交换机的各种操作，存储器用来存储交换机的配置和状态信息，网络接口用来与其他设备进行数据传输。
2. 端口功能：三层交换机上的每个端口都可以配置为不同的工作模式，包括物理接口、VLAN接口、多播接口等。
不同的接口模式可以实现不同的功能，例如将不同的网络分隔成不同的VLAN，实现不同的子网之间的互相通信。
3. VLAN：三层交换机支持虚拟局域网（VLAN）功能，它可以将一个物理局域网划分成多个逻辑局域网，每个VLAN之间相互隔离，只能通过路由器进行通信。
VLAN的划分可以基于端口、MAC地址、协议、子网等多种标准。
4. 路由功能：三层交换机可以根据目标IP地址对数据包进行路由决策，将数据包转发到正确的目标网络。
它可以学习到网络中的路由信息，构建路由表，并根据路由表进行数据包的转发。
通过路由功能，三层交换机可以实现不同子网之间的互通。
5. IP地址转发：三层交换机可以对数据包进行IP地址转发，即将源IP地址替换为交换机的出口IP地址，并更新数据包的校验和。
这样可以隐藏真实的源IP地址，提高网络的安全性。
6. QoS支持：三层交换机可以支持服务质量（QoS）功能，可以对数据包进行优先级的标记和分类，根据不同的优先级进行转发。
这样可以提高延迟敏感型应用的性能，提供更好的网络体验。
总的来说，三层交换机结合了交换机和路由器的优点，既能提供高速的数据包转发能力，又能实现不同子网之间的互通。
它在网络中起到了重要的作用，提高了网络的性能和可靠性。
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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，而象路由信息更新、
路由表维护、
路由计
算、路由确定等功能，由软件实现。
应用背景
出于安全和管理方便的考虑，
主要是为了减小广播风暴的危害，
必须把大型局域网按功能或
地域等因素划成一个个小的局域网，这就使VLAN
技术在网络中得以大量应用，而各个不
同
VLAN
间的通信都要经过路由器来完成转发，随着网间互访的不断增加。
单纯使用路由器来实现网间访问，
不但由于端口数量有限，
而且路由速度较慢，
从而限制了网络的规模和
访问速度。
基于这种情况三层交换机便应运而生，三层交换机是为IP
设计的，接口类型简
单，
拥有很强二层包处理能力，
非常适用于大型局域网内的数据路由与交换，
它既可以工作
在协议第三层替代或部分完成传统路由器的功能，
同时又具有几乎第二层交换的速度，
且价
格相对便宜些。
在企业网和教学网中，
一般会将三层交换机用在网络的核心层，
用三层交换机上的千兆端口
或百兆端口连接不同的子网或
VLAN。
不过应清醒认识到三层交换机出现最重要的目的是加
快大型局域网内部的数据交换，
所具备的路由功能也多是围绕这一目的而展开的，所以它的
路由功能没有同一档次的专业路由器强。
毕竟在安全、
协议支持等方面还有许多欠缺，
并不
能完全取代路由器工作。
在实际应用过程中，典型的做法是：处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中
VLAN
间的路由，
用三层交换机来代替路由器，
而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域
的网络访问时，才通过专业路由器。
三层交换机工作原理
三层交换技术就是二层交换技术＋三层转发技术。
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。
应用第三层交换技术即可实现网络路由的功能，又可以根据不同的网络状
况做到最优的网络性能。
为什么使用三层交换机？
1
、网络骨干少不了三层交换
要说三层交换机在诸多网络设备中的作用，用“
中流砥柱
”
形容并不为过。
在校园网、城域教
育网中，从骨干网、
城域网骨干、汇聚层都有三层交换机的用武之地，
尤其是核心骨干网一
定要用三层交换机，
否则整个网络成千上万台的计算机都在一个子网中，不仅毫无安全可言，
也会因为无法分割广播域而无法隔离广播风暴。
如果采用传统的路由器，
虽然可以隔离广播，
但是性能又得不到保障。
而三层交换机的性能
非常高，既有三层路由的功能，又具有二层交换的网络速度。
二层交换是基于
MAC
寻址，
三层交换则是转发基于第三层地址的业务流；除了必要的路由决定过程外，
大部分数据转发
过程由二层交换处理，提高了数据包转发的效率。
三层交换机通过使用硬件交换机构实现了
IP
的路由功能，其优化的路由软件使得路由过程
效率提高，解决了传统路由器软件路由的速度问题。
因此可以说，三层交换机具有
“
路由器
的功能、交换机的性能”。
2
、连接子网少不了三层交换
同一网络上的计算机如果超过一定数量（通常在200
台左右，视通信协议而定），就很可
能会因为网络上大量的广播而导致网络传输效率低下。
为了避免在大型交换机上进行广播所
引起的广播风暴，
可将其进一步划分为多个虚拟网
（
VLAN
）。
但是这样做将导致一个问题：
VLAN
之间的通信必须通过路由器来实现。
但是传统路由器也难以胜任
VLAN
之间的通信任
务，因为相对于局域网的网络流量来说，传统的普通路由器的路由能力太弱。
而且千兆级路由器的价格也是非常难以接受的。
如果使用三层交换机上的千兆端口或百兆端
口连接不同的子网或
VLAN
，
就在保持性能的前提下，
经济地解决了子网划分之后子网之间
必须依赖路由器进行通信的问题，因此三层交换机是连接子网的理想设备。
使用三层交换机的好处：
除了优秀的性能之外，
三层交换机还具有一些传统的二层交换机没有的特性，
这些特性可以
给校园网和城域教育网的建设带来许多好处，列举如下。
1
、高可扩充性
三层交换机在连接多个子网时，
子网只是与第三层交换模块建立逻辑连接，
不像传统外接路
由器那样需要增加端口，从而保护了用户对校园网、城域教育网的投资。
并满足学校3~5
年网络应用快速增长的需要。
2
、高性价比
三层交换机具有连接大型网络的能力，功能基本上可以取代某些传统路由器，
但是价格却接
近二层交换机。
现在一台百兆三层交换机的价格只有几万元，与高端的二层交换机的价格差
不多。
3
、内置安全机制
三层交换机可以与普通路由器一样，具有访问列表的功能，可以实现不同VLAN
间的单向
或双向通讯。
如果在访问列表中进行设置，可以限制用户访问特定的I P
地址，这样学校就
可以禁止学生访问不健康的站点。
访问列表不仅可以用于禁止内部用户访问某些站点，
也可以用于防止校园网、
城域教育网外
部的非法用户访问校园网、城域教育网内部的网络资源，从而提高网络的安全。
4
、适合多媒体传输
教育网经常需要传输多媒体信息，这是教育网的一个特色。
三层交换机具有QoS
（服务质
量）的控制功能，可以给不同的应用程序分配不同的带宽。
例如，
在校园网、
城域教育网中传输视频流时，
就可以专门为视频传输预留一定量的专用带宽，
相当于在网络中开辟了专用通道，
其他的应用程序不能占用这些预留的带宽，因此能够
保证视频流传输的稳定性。
而普通的二层交换机就没有这种特性，因此在传输视频数据时，就会出现视频忽快忽慢的抖动现象。
另外，视频点播（
VOD
）也是教育网中经常使用的业务。
但是由于有些视频点播系统使用
广播来传输，而广播包是不能实现跨网段的，这样VOD
就不能实现跨网段进行；如果采用
单播形式实现
VOD
，虽然可以实现跨网段，但是支持的同时连接数就非常少，一般几十个连接就占用了全部带宽。
而三层交换机具有组播功能，
VOD
的数据包以组播的形式发向各
个子网，既实现了跨网段传输，又保证了
VOD
的性能。
5
、计费功能
在高校校园网及有些地区的城域教育网中，很可能有计费的需求，
因为三层交换
机可以识别数据包中的
IP
地址信息，因此可以统计网络中计算机的数据流量，可以按流量计费，
也可以统计计算机连接在网络上的时间，
按时间进行计费。
三层交换机工作原理及特点
三层交换机
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，而象路由信息更新、
路由表维护、
路由计
算、路由确定等功能，由软件实现。
应用背景
出于安全和管理方便的考虑，
主要是为了减小广播风暴的危害，
必须把大型局域网按功能或
地域等因素划成一个个小的局域网，这就使。