三层交换机端口IP地址配置方法

三层交换机端口IP地址配置方法

目前市场上的三层交换机有2种方式可以配置交换机端口的lP地址，一是直接在物理端口上设置．二是通过逻辑VLAN端口间接设置。为了分析这2种配置方法在交换机实际运行中会产生哪些差别．在详细分析了三层交换机端口工作原理的基础上．搭建测试环境，主要从端口初始化和三层路由收敛过程分析了2种方式的不同。通过分析发现，在交换机物理端口上直接配置IP地址，可以节省生成树协议(STP，Spanning Tree Protocol)收敛所需的时间，并且不需要规划额外的VLAN。为日后的运行维护工作带来了方便。

三层变换机能够快速地完成VIAN间的数据转发，从而避免了使用路由器会造成的三层

转发瓶颈，目前已经在企业内部、学校和住宅小区的局域网得到大量使用。在配置三层交换

机端口lP地址时，通常有2种方法：一是直接在物理端口上设置lP地址，二是通过逻辑

VLAN端口间接地设置IP地址。

作者所在单位日前购得一批三层交换机，最初只立持第2种配置方法但在厂家随后升

级的软件版本中可以支持以上2种配置方法。为了比较这2种方法的优缺点，本文首先阐

述了三层交换机的工作原理，然后比较了这2种方法的操作命争和端口初始化时间．并通

过测试得出结论。

1、三层交换机的工作原理

传统的交换技术是在OSI网络参考模型中的第二层(即数据链路层)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，利用第三层协议中的信息来加

强笫二层交换功能的机制（见图1）

从硬件的实现上看，目前笫二层交换机的接口模块都是通过高速背扳/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高速地进行数据交换，从而突破了外接路由器接口速率的限制。

假设有2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1在开始发送时，已知目的站点2的IP地址，但不知遒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)来确定站点2的MAC地址。站点1把自己的IP地址与站点2的IP地址比较，采用其软件配置的子网掩码提取出网络地址来确定站点2是否与自己在同一子网内。若站点2与站点1在同一子网内，那么站点1广播一个ARP请求，站点2返回其MAC地址，站点1得到站点2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。若2个站点不在同子网内．则站点1要向“缺省网关”发出ARP(地址解析)封包，而“缺省网关”的IP地址已经在系统软件中设置，这个IP地址实际上对应第三层交换机的第三层交换模块。

当站点1对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，若第三层交换模块在以前的通信过程中已得到站点2的MAC地址，则向发送站点1回复站点而得MAC地址：否则第三层交换模块根据路由信息向目的站广播一个ARP请求，站点2得到此ARP请求后向第三层模块回复其MAC地址，第三层交换模块保存此地址并回复给发送站点1。以后，当在进行站点1与站点2之间数据包转发时，将用最终的目的站点的MAC地址封包，数据转发过程全部交给第二层交换处理，信息得以高速交换。

在实际过程中，2个站点可视为交换机的2个端口，只有为端口设置了IP地址后端口才能工作在第三层状态，也才能完成不同子网间的通信。

2、两种设置IP地址的命令

本文讨论的2种IP地址配置方式，一种直接在物理端口上设置IP地址，设置过程比较简单。例如在作者单位新购三层交换机上配置端口1/0/1为路由端口，IP地址为172.16.1.0，OSPF采用点到点类型，配置过程如下：

#interface Ethernet 1/1

#port link-mode route

#ip address 172.16.1.0 255.255.255.0

#ospf networt-type p2p

第二种IP地址配置方式是通过逻辑VLAN设置IP地址，需先给VLAN设置IP地址，然后将物理端口配置在VLAN下。为了保证IP地址和物理端口一一对应的关系。例如在和上面一样的三层交换机上要配置端口1/0/1为路由端口，并配置端口的VLAN ID为101，VLAN 101 IP地址为172.16.1.1，OSPF采用点到点类型，配置过程如下：#interface Vlan-interface 101

#ip address 172.16.1.0 255.255.255.0

#ospf network-type p2p

#interface Ethernet 1/0/1

#port link-mode route

#port access Vlan 101

由此可见，以上两种方法都能为交换机端口设置IP地址，从操作步骤上看，第一种方法比较简单，第二种方法需要先将端口和VLAN对应起来再设置IP地址。而且第2种方法在配置IP地址时还需同时使用对应的VLAN，过多使用VLAN号后可能会给日后的运行维护带来了不便。

3、端口初始化时问分析

以上2种设置三层交换端口IP地址的方法，出来使用的命令不同以外，在某些网络环境端口下连接设备时所需花费的初始化时间也会有所不同。

当把设备连上已经启动的交换机的端口时，交换机端口的初始化可分为以下4个步骤：交换机端口速度与全双工的自适应、以太通道配置测试、Trunk配置测试有线和无线网络、生成树协议（STP）初始化。

1）交换机端口速度与全双工的自适应。首先，交换机端口需要与客户进行速度与全双工的自动握手。举例来说，一个交换机端口可支持1000Mbit/s（1 Gbit/s）的全双工速度，但是客户机只是支持100Mbit/s的全双工，则交换机和看韩剧很大协商彼此能支持的最高速率。

2）以太通道配置。以太通道配置可以将快速以太网或千兆以太网连接进行捆绑，使得交换机或路由器的端口合并起来作为一个单独的端口使用，从而获得更高的速度，如果一天通道不行，以太通道通常会提供冗余，这个过程使用端口聚合协议（PAGP），耗时大约15s。

3）Trunk 配置测试网络。接下来，交换机开始测试端口是否Trunk端口（交换机之间互联用的端口）。Trunking通过单一的交换机端口，在多个VLAN之间交换数据，对Trunk 端口的测试耗时很少，约1s左右。

4）生成树协议（STP，Spanning Tree Protocol）初始化。STP协议可应用于环路网络，通过一定的算法实现路径冗余，同时将环路网络修剪成无环路的树型网络，从而避免