什么是二層交換機

　　二層交換機工作于OSI模型的第2層（數據鏈路層），故而稱為二層交換機。二層交換技術的發展已經比較成熟，二層交換機屬數據鏈路層設備，可以識別數據包中的MAC地址信息，根據MAC地址進行轉發，并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內部的一個地址表中。

　　工作流程

　　過程

　　（1） 當交換機從某個端口收到一個數據包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機器是連在哪個端口上的；

　　（2） 再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應的端口；

　　（3） 如表中有與這目的MAC地址對應的端口，把數據包直接復制到這端口上；

　　（4） 如表中找不到相應的端口則把數據包廣播到所有端口上，當目的機器對源機器回應時，交換機又可以學習一目的MAC地址與哪個端口對應，在下次傳送數據時就不再需要對所有端口進行廣播了。

　　不斷的循環這個過程，對于全網的MAC地址信息都可以學習到，二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。

　　工作原理從二層交換機的工作原理可以推知以下三點：

　　（1） 由于交換機對多數端口的數據進行同時交換，這就要求具有很寬的交換總線帶寬，如果二層交換機有N個端口，每個端口的帶寬是M，交換機總線帶寬超過N×M，那么這交換機就可以實現線速交換；

　　（2） 學習端口連接的機器的MAC地址，寫入地址表，地址表的大小（一般兩種表示方式：一為BUFFER RAM，一為MAC表項數值），地址表大小影響交換機的接入容量；

　　（3） 還有一個就是二層交換機一般都含有專門用于處理數據包轉發的ASIC （Application specific Integrated Circuit）芯片，因此轉發速度可以做到非常快。由于各個廠家采用ASIC不同，直接影響產品性能。

　　以上三點也是評判二三層交換機性能優劣的主要技術參數，這一點請大家在考慮設備選型時注意比較。

　　什么是三層交換機

　　三層交換機就是具有部分路由器功能的交換機，三層交換機的最重要目的是加快大型局域網內部的數據交換，所具有的路由功能也是為這目的服務的，能夠做到一次路由，多次轉發。對于數據包轉發等規律性的過程由硬件高速實現，而像路由信息更新、路由表維護、路由計算、路由確定等功能，由軟件實現。三層交換技術就是二層交換技術+三層轉發技術。傳統交換技術是在OSI網絡標準模型第二層——數據鏈路層進行操作的，而三層交換技術是在網絡模型中的第三層實現了數據包的高速轉發，既可實現網絡路由功能，又可根據不同網絡狀況做到最優網絡性能。

　　應用目的

　　網絡骨干

　　要說三層交換機在諸多網絡設備中的作用，用“中流砥柱”形容并不為過。在校園網、城域教育網中，從骨干網、城域網骨干、匯聚層都有三層交換機的用武之地，尤其是核心骨干網一定要用三層交換機，否則整個網絡成千上萬臺的計算機都在一個子網中，不僅毫無安全可言，也會因為無法分割廣播域而無法隔離廣播風暴。

　　如果采用傳統的路由器，雖然可以隔離廣播，但是性能又得不到保障。而三層交換機的性能非常高，既有三層路由的功能，又具有二層交換的網絡速度。二層交換是基于MAC尋址，三層交換則是轉發基于第三層地址的業務流；除了必要的路由決定過程外，大部分數據轉發過程由二層交換處理，提高了數據包轉發的效率。

　　三層交換機通過使用硬件交換機構實現了IP的路由功能，其優化的路由軟件使得路由過程效率提高，解決了傳統路由器軟件路由的速度問題。因此可以說，三層交換機具有“路由器的功能、交換機的性能”。

　　連接子網

　　同一網絡上的計算機如果超過一定數量（通常在200臺左右，視通信協議而定），就很可能會因為網絡上大量的廣播而導致網絡傳輸效率低下。為了避免在大型交換機上進行廣播所引起的廣播風暴，可將其進一步劃分為多個虛擬網（VLAN）。但是這樣做將導致一個問題：VLAN之間的通信必須通過路由器來實現。但是傳統路由器也難以勝任VLAN之間的通信任務，因為相對于局域網的網絡流量來說，傳統的普通路由器的路由能力太弱。

　　而且千兆級路由器的價格也是非常難以接受的。如果使用三層交換機上的千兆端口或百兆端口連接不同的子網或VLAN，就在保持性能的前提下，經濟地解決了子網劃分之后子網之間必須依賴路由器進行通信的問題，因此三層交換機是連接子網的理想設備。

　　二層交換機、三層交換機的區別

　　主要區別：二層交換機工作在數據鏈路層，三層交換機工作在網絡層。

　　具體區別如下：

　　三層交換機使用了三層交換技術

　　簡單地說，三層交換技術就是：二層交換技術＋三層轉發技術。它解決了局域網中網段劃分之后，網段中子網必須依賴路由器進行管理的局面，解決了傳統路由器低速、復雜所造成的網絡瓶頸問題。

　　二層交換機工作于OSI模型的第2層（數據鏈路層），故而稱為二層交換機。二層交換技術是發展比較成熟，二層交換機屬數據鏈路層設備，可以識別數據包中的MAC地址信息，根據MAC地址進行轉發，并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內部的一個地址表中。

　　三層交換機就是具有部分路由器功能的交換機，三層交換機的最重要目的是加快大型局域網內部的數據交換，所具有的路由功能也是為這目的服務的，能夠做到一次路由，多次轉發。對于數據包轉發等規律性的過程由硬件高速實現，而像路由信息更新、路由表維護、路由計算、路由確定等功能，由軟件實現。三層交換技術就是二層交換技術+三層轉發技術。

　　傳統交換機從網橋發展而來，屬于OSI第二層即數據鏈路層設備。它根據MAC地址尋址，通過站表選擇路由，站表的建立和維護由交換機自動進行。路由器屬于OSI第三層即網絡層設備，它根據IP地址進行尋址，通過路由表路由協議產生。交換機最大的好處是快速，由于交換機只須識別幀中MAC地址，直接根據MAC地址產生選擇轉發端口算法簡單，便于ASIC實現，因此轉發速度極高。但交換機的工作機制也帶來一些問題。

　　1.回路：根據交換機地址學習和站表建立算法，交換機之間不允許存在回路。一旦存在回路，必須啟動生成樹算法，阻塞掉產生回路的端口。而路由器的路由協議沒有這個問題，路由器之間可以有多條通路來平衡負載，提高可靠性。

　　2.負載集中：交換機之間只能有一條通路，使得信息集中在一條通信鏈路上，不能進行動態分配，以平衡負載。而路由器的路由協議算法可以避免這一點，OSPF路由協議算法不但能產生多條路由，而且能為不同的網絡應用選擇各自不同的最佳路由。

　　3.廣播控制：交換機只能縮小沖突域，而不能縮小廣播域。整個交換式網絡就是一個大的廣播域，廣播報文散到整個交換式網絡。而路由器可以隔離廣播域，廣播報文不能通過路由器繼續進行廣播。

　　4.子網劃分：交換機只能識別MAC地址。MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址結構，因此不能根據MAC地址來劃分子網。而路由器識別IP地址，IP地址由網絡管理員分配，是邏輯地址且IP地址具有層次結構，被劃分成網絡號和主機號，可以非常方便地用于劃分子網，路由器的主要功能就是用于連接不同的網絡。

　　5.保密問題：雖說交換機也可以根據幀的源MAC地址、目的MAC地址和其他幀中內容對幀實施過濾，但路由器根據報文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等內容對報文實施過濾，更加直觀方便。

　　6.介質相關：交換機作為橋接設備也能完成不同鏈路層和物理層之間的轉換，但這種轉換過程比較復雜，不適合ASIC實現，勢必降低交換機的轉發速度。因此目前交換機主要完成相同或相似物理介質和鏈路協議的網絡互連，而不會用來在物理介質和鏈路層協議相差甚元的網絡之間進行互連。而路由器則不同，它主要用于不同網絡之間互連，因此能連接不同物理介質、鏈路層協議和網絡層協議的網絡。路由器在功能上雖然占據了優勢，但價格昂貴，報文轉發速度低。近幾年，交換機為提高性能做了許多改進，其中最突出的改進是虛擬網絡和三層交換。

　　劃分子網可以縮小廣播域，減少廣播風暴對網絡的影響。路由器每一接口連接一個子網，廣播報文不能經過路由器廣播出去，連接在路由器不同接口的子網屬于不同子網，子網范圍由路由器物理劃分。對交換機而言，每一個端口對應一個網段，由于子網由若干網段構成，通過對交換機端口的組合，可以邏輯劃分子網。廣播報文只能在子網內廣播，不能擴散到別的子網內，通過合理劃分邏輯子網，達到控制廣播的目的。由于邏輯子網由交換機端口任意組合，沒有物理上的相關性，因此稱為虛擬子網，或叫虛擬網。虛擬網技術不用路由器就解決了廣播報文的隔離問題，且虛擬網內網段與其物理位置無關，即相鄰網段可以屬于不同虛擬網，而相隔甚遠的兩個網段可能屬于不同虛擬網，而相隔甚遠的兩個網段可能屬于同一個虛擬網。不同虛擬網內的終端之間不能相互通信，增強了對網絡內數據的訪問控制。