Cisco WS-C3560V2-24TS-S 交換機

二層交換機，三層交換機及四層交換機的區(qū)別

cisco交換機二層交換

二層交換技術的發(fā)展比較成熟，二層交換機屬數(shù)據(jù)鏈路層設備，可以識別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進行轉(zhuǎn)發(fā)，并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內(nèi)部的一個地址表中。

具體的工作流程如下：

1) 當交換機從某個端口收到一個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當目的機器對源機器回應時，交換機又可以記錄這一目的MAC地址與哪個端口對應，在下次傳送數(shù)據(jù)時就不再需要對所有端口進行廣播了。不斷的循環(huán)這個過程，對于全網(wǎng)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。

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(shù)端口的數(shù)據(jù)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(xiàn)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?。ㄒ话銉煞N表示方式：一為BEFFER RAM，一為MAC表項數(shù)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(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的ASIC（Application specific Integrated Circuit, 專用集成電路）芯片，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度可以做到非?？臁Ｓ捎诟鱾€廠家采用ASIC不同，直接影響產(chǎn)品性能。

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

cisco交換機三層交換

下面先來通過一個簡單的網(wǎng)絡來看看三層交換機的工作過程。

使用IP的設備A------------------------三層交換機------------------------使用IP的設備B

比如A要給B發(fā)送數(shù)據(jù)，已知目的IP，那么A就用子網(wǎng)掩碼取得網(wǎng)絡地址，判斷目的IP是否與自己在同一網(wǎng)段。如果在同一網(wǎng)段，但不知道轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所需的MAC地址，A就發(fā)送一個ARP請求，B返回其MAC地址，A用此MAC封裝數(shù)據(jù)包并發(fā)送給交換機，交換機起用二層交換模塊，查找MAC地址表，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應的端口。

如果目的IP地址顯示不是同一網(wǎng)段的，那么A要實現(xiàn)和B的通訊，在流緩存條目中沒有對應MAC地址條目，就將第一個正常數(shù)據(jù)包發(fā)送向一個缺省網(wǎng)關，這個缺省網(wǎng)關一般在操作系統(tǒng)中已經(jīng)設好，這個缺省網(wǎng)關的IP對應第三層路由模塊，所以對于不是同一子網(wǎng)的數(shù)據(jù)，最先在MAC表中放的是缺省網(wǎng)關的MAC地址（由源主機A完成）；然后就由三層模塊接收到此數(shù)據(jù)包，查詢路由表以確定到達B的路由，將構造一個新的幀頭，其中以缺省網(wǎng)關的MAC地址為源MAC地址，以主機B的MAC地址為目的MAC地址。通過一定的識別觸發(fā)機制，確立主機A與B的MAC地址及轉(zhuǎn)發(fā)端口的對應關系，并記錄進流緩存條目表，以后的A到B的數(shù)據(jù)（層三交換機要確認是由A到B而不是到C的數(shù)據(jù)，還要讀取幀中的IP地址。），就直接交由二層交換模塊完成。這就通常所說的一次路由多次轉(zhuǎn)發(fā)。

以上就是三層交換機工作過程的簡單概括，可以看出三層交換的特點：

1）由硬件結合實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)。這就不是簡單的二層交換機和路由器的疊加，三層路由模塊直接疊加在二層交換的高速背板總線上，突破了傳統(tǒng)路由器的接口速率限制，速率可達幾十Gbit/s。算上背板帶寬，這些是三層交換機性能的兩個重要參數(shù)。

2）簡潔的路由軟件使路由過程簡化。大部分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，除了必要的路由選擇交由路由軟件處理，都是由二層模塊高速轉(zhuǎn)發(fā)，路由軟件大多都是經(jīng)過處理的高效優(yōu)化軟件，并不是簡單照搬路由器中的軟件。

二層和三層交換機的選擇

二層交換機用于小型的局域網(wǎng)絡。這個就不用多言了，在小型局域網(wǎng)中，廣播包影響不大，二層交換機的快速交換功能、多個接入端口和低謙價格為小型網(wǎng)絡用戶提供了很完善的解決方案。

三層交換機的優(yōu)點在于接口類型豐富，支持的三層功能強大，路由能力強大，適合用于大型的網(wǎng)絡間的路由，它的優(yōu)勢在于選擇最佳路由，負荷分擔，鏈路備份及和其他網(wǎng)絡進行路由信息的交換等等路由器所具有功能。

三層交換機的最重要的功能是加快大型局域網(wǎng)絡內(nèi)部的數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)，加入路由功能也是為這個目的服務的。如果把大型網(wǎng)絡按照部門，地域等等因素劃分成一個個小局域網(wǎng)，這將導致大量的網(wǎng)際互訪，單純的使用二層交換機不能實現(xiàn)網(wǎng)際互訪；如單純的使用路由器，由于接口數(shù)量有限和路由轉(zhuǎn)發(fā)速度慢，將限制網(wǎng)絡的速度和網(wǎng)絡規(guī)模，采用具有路由功能的快速轉(zhuǎn)發(fā)的三層交換機就成為首選。

一般來說，在內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量大，要求快速轉(zhuǎn)發(fā)響應的網(wǎng)絡中，如全部由三層交換機來做這個工作，會造成三層交換機負擔過重，響應速度受影響，將網(wǎng)間的路由交由路由器去完成，充分發(fā)揮不同設備的優(yōu)點，不失為一種好的組網(wǎng)策略，當然，前提是客戶的腰包很鼓，不然就退而求其次，讓三層交換機也兼為網(wǎng)際互連。

cisco交換機四層交換

第四層交換的一個簡單定義是：它是一種功能，它決定傳輸不僅僅依據(jù)MAC地址(第二層網(wǎng)橋)或源/目標IP地址（第三層路由），而且依據(jù)TCP/UDP(第四層) 應用端口號。第四層交換功能就象是虛IP，指向物理服務器。它傳輸?shù)臉I(yè)務服從的協(xié)議多種多樣，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他協(xié)議。這些業(yè)務在物理服務器基礎上，需要復雜的載量平衡算法。

在IP世界，業(yè)務類型由終端TCP或UDP端口地址來決定，在第四層交換中的應用區(qū)間則由源端和終端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。在第四層交換中為每個供搜尋使用的服務器組設立虛IP地址（VIP），每組服務器支持某種應用。在域名服務器（DNS）中存儲的每個應用服務器地址是VIP，而不是真實的服務器地址。當某用戶申請應用時，一個帶有目標服務器組的VIP連接請求（例如一個TCP SYN包）發(fā)給服務器交換機。服務器交換機在組中選取最好的服務器，將終端地址中的VIP用實際服務器的IP取代，并將連接請求傳給服務器。這樣，同一區(qū)間所有的包由服務器交換機進行映射，在用戶和同一服務器間進行傳輸。

第四層交換的原理

OSI模型的第四層是傳輸層。傳輸層負責端對端通信，即在網(wǎng)絡源和目標系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)通信。在IP協(xié)議棧中這是TCP（一種傳輸協(xié)議）和UDP（用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議）所在的協(xié)議層。

在第四層中，TCP和UDP標題包含端口號（port number），它們可以唯一區(qū)分每個數(shù)據(jù)包包含哪些應用協(xié)議（例如HTTP、FTP等）。端點系統(tǒng)利用這種信息來區(qū)分包中的數(shù)據(jù)，尤其是端口號使一個接收端計算機系統(tǒng)能夠確定它所收到的IP包類型，并把它交給合適的高層軟件。端口號和設備IP地址的組合通常稱作"插口（socket）"。1和255之間的端口號被保留，他們稱為"熟知"端口，也就是說，在所有主機TCP/I P協(xié)議棧實現(xiàn)中，這些端口號是相同的。除了"熟知"端口外，標準UNIX服務分配在256到1024端口范圍，定制的應用一般在1024以上分配端口號。分配端口號的清單可以在RFC1700 "Assigned Numbers"上找到。

TCP/UDP端口號提供的附加信息可以為網(wǎng)絡交換機所利用，這是第四層交換的基礎。具有第四層功能的交換機能夠起到與服務器相連接的"虛擬IP"(VIP)前端的作用。每臺服務器和支持單一或通用應用的服務器組都配置一個VIP地址。這個VIP地址被發(fā)送出去并在域名系統(tǒng)上注冊。在發(fā)出一個服務請求時，第四層交換機通過判定TCP開始，來識別一次會話的開始。然后它利用復雜的算法來確定處理這個請求的最佳服務器。一旦做出這種決定，交換機就將會話與一個具體的IP地址聯(lián)系在一起，并用該服務器真正的IP地址來代替服務器上的VIP地址。

每臺第四層交換機都保存一個與被選擇的服務器相配的源IP地址以及源TCP端口相關聯(lián)的連接表。然后第四層交換機向這臺服務器轉(zhuǎn)發(fā)連接請求。所有后續(xù)包在客戶機與服務器之間重新影射和轉(zhuǎn)發(fā)，直到交換機發(fā)現(xiàn)會話為止。在使用第四層交換的情況下，接入可以與真正的服務器連接在一起來滿足用戶制定的規(guī)則，諸如使每臺服務器上有相等數(shù)量的接入或根據(jù)不同服務器的容量來分配傳輸流。

cisco交換機如何選用第四層交換

1) 速度

為了在企業(yè)網(wǎng)中行之有效，第四層交換必須提供與第三層線速路由器可比擬的性能。也就是說，第四層交換必須在所有端口以全介質(zhì)速度操作，即使在多個千兆以太網(wǎng)連接上亦如此。千兆以太網(wǎng)速度等于以每秒1488000 個數(shù)據(jù)包的最大速度路由(假定最壞的情形,即所有包為以及網(wǎng)定義的最小尺寸，長64字節(jié))。

2) 服務器容量平衡算法

依據(jù)所希望的容量平衡間隔尺寸，第四層交換機將應用分配給服務器的算法有很多種，有簡單的檢測環(huán)路最近的連接、檢測環(huán)路時延或檢測服務器本身的閉環(huán)反饋。在所有的預測中，閉環(huán)反饋提供反映服務器現(xiàn)有業(yè)務量的最精確的檢測。

3) 表容量

應注意的是，進行第四層交換的交換機需要有區(qū)分和存貯大量發(fā)送表項的能力。交換機在一個企業(yè)網(wǎng)的核心時尤其如此。許多第二/ 三層交換機傾向發(fā)送表的大小與網(wǎng)絡設備的數(shù)量成正比。對第四層交換機，這個數(shù)量必須乘以網(wǎng)絡中使用的不同應用協(xié)議和會話的數(shù)量。因而發(fā)送表的大小隨端點設備和應用類型數(shù)量的增長而迅速增長。第四層交換機設計者在設計其產(chǎn)品時需要考慮表的這種增長。大的表容量對制造支持線速發(fā)送第四層流量的高性能交換機至關重要。

4) 冗余

第四層交換機內(nèi)部有支持冗余拓撲結構的功能。在具有雙鏈路的網(wǎng)卡容錯連接時，就可能建立從一個服務器到網(wǎng)卡，鏈路和服務器交換器的完全冗余系統(tǒng)。

交換機是非常的重要，他把握著一個網(wǎng)絡的命脈，那么如何選購交換機？用什么交換機？在選購交換機時交換機的優(yōu)劣無疑十分的重要，而交換機的優(yōu)劣要從總體構架、性能和功能三方面入手。

交換機選購時。性能方面除了要滿足RFC2544建議的基本標準，即吞吐量、時延、丟包率外，隨著用戶業(yè)務的增加和應用的深入，還要滿足了一些額外的指標，如MAC地址數(shù)、路由表容量(三層交換機)、ACL數(shù)目、LSP容量、支持VPN數(shù)量等。

交換機功能是最直接指標

一般的接入層交換機，簡單的QoS保證、安全機制、支持網(wǎng)管策略、生成樹協(xié)議和VLAN都是必不可少的功能，經(jīng)過仔細分析，在某些功能進行進一步的細分，而這些細分功能正是導致產(chǎn)品差異的主要原因，也是體現(xiàn)產(chǎn)品附加值的重要途徑。

交換機的應用級QoS保證

交換機的QoS策略支持多級別的數(shù)據(jù)包優(yōu)先級設置，既可分別針對MAC地址、VLAN、IP地址、端口進行優(yōu)先級設置，給網(wǎng)吧業(yè)主在實際應用中為用戶提供更大的靈活性。如此同時，交如果換機具有良好的擁塞控制和流量限制的能力，支持Diffserv區(qū)分服務，能夠根據(jù)源/目的的MAC/IP智能的區(qū)分不同的應用流，從而滿足實時網(wǎng)吧網(wǎng)絡的多媒體應用的需求。注意的是，如今市場上的某些交換機號稱具有QoS保證，實際上只支持單級別的優(yōu)先級設置，為實際應用帶來很多不便，所有網(wǎng)吧業(yè)主在選購的時候需要注意。

交換機應有VLAN支持

VLAN即虛擬局域網(wǎng)，通過將局域網(wǎng)劃分為虛擬網(wǎng)絡VLAN網(wǎng)段，可以強化網(wǎng)絡管理和網(wǎng)絡安全，控制不必要的數(shù)據(jù)廣播，網(wǎng)絡中工作組可以突破共享網(wǎng)絡中的地理位置限制，而根據(jù)管理功能來劃分子網(wǎng)。不同廠商的交換機對VLAN的支持能力不同，支持VLAN的數(shù)量也不同。

交換機應有網(wǎng)管功能

網(wǎng)吧交換機的網(wǎng)管功能可以使用管理軟件來管理、配置交換機，比如可通過Web瀏覽器、Telnet、SNMP、RMON等管理。通常，交換機廠商都提供管理軟件或第三方管理軟件遠程管理交換機。一般的交換機滿足SNMPMIBI/MIBII統(tǒng)計管理功能，并且支持配置管理、服務質(zhì)量的管理、告警管理等策略，而復雜一些的千兆交換機會通過增加內(nèi)置RMON組(mini-RMON)來支持RMON主動監(jiān)視功能。

交換機應支持鏈路聚合

鏈路聚合可以讓交換機之間和交換機與服務器之間的鏈路帶寬有非常好的伸縮性，比如可以把2個、3個、4個千兆的鏈路綁定在一起，使鏈路的帶寬成倍增長。鏈路聚合技術可以實現(xiàn)不同端口的負載均衡，同時也能夠互為備份，保證鏈路的冗余性。在一些千兆以太網(wǎng)交換機中，最多可以支持4組鏈路聚合，每組中最大4個端口。但也有支持8組鏈路聚合的交換機，像飛魚星的安全聯(lián)動交換機VS-5524GF就是8組鏈路聚合，每組最大8個端口。生成樹協(xié)議和鏈路聚合都可以保證一個網(wǎng)絡的冗余性。在一個網(wǎng)絡中設置冗余鏈路，并用生成樹協(xié)議讓備份鏈路阻塞，在邏輯上不形成環(huán)路，而一旦出現(xiàn)故障，啟用備份鏈路。

交換機要支持VRRP協(xié)議

VRRP(虛擬路由冗余協(xié)議)是一種保證網(wǎng)絡可靠性的解決方案。在該協(xié)議中，對共享多存取訪問介質(zhì)上終端IP設備的默認網(wǎng)關(DefaultGateway)進行冗余備份，從而在其中一臺三層交換機設備宕機時，備份的設備會及時接管轉(zhuǎn)發(fā)工作，向用戶提供透明的切換，提高了網(wǎng)絡服務質(zhì)量。VRRP協(xié)議與Cisco的HSRP協(xié)議有異曲同工之妙，只不過HSRP是Cisco私有的。如今，主流交換機廠商均已在其產(chǎn)品中支持了VRRP協(xié)議，但廣泛應用還尚需時日。

交換機的主要功能包括物理編址、網(wǎng)絡拓撲結構、錯誤校驗、幀序列以及流控。如今交換機還具備了一些新的功能，如對VLAN（虛擬局域網(wǎng)）的支持、對鏈路匯聚的支持，甚至有的還具有防火墻的功能。

學習：以太網(wǎng)交換機了解每一端口相連設備的MAC地址，并將地址同相應的端口映射起來存放在交換機緩存中的MAC地址表中。

轉(zhuǎn)發(fā)/過濾：當一個數(shù)據(jù)幀的目的地址在MAC地址表中有映射時，它被轉(zhuǎn)發(fā)到連接目的節(jié)點的端口而不是所有端口（如該數(shù)據(jù)幀為廣播/組播幀則轉(zhuǎn)發(fā)至所有端口）。

消除回路：當交換機包括一個冗余回路時，以太網(wǎng)交換機通過生成樹協(xié)議避免回路的產(chǎn)生，同時允許存在后備路徑。

交換機除了能夠連接同種類型的網(wǎng)絡之外，還可以在不同類型的網(wǎng)絡（如以太網(wǎng)和快速以太網(wǎng)）之間起到互連作用。如今許多交換機都能夠提供支持快速以太網(wǎng)或FDDI等的高速連接端口，用于連接網(wǎng)絡中的其它交換機或者為帶寬占用量大的關鍵服務器提供附加帶寬。

一般來說，交換機的每個端口都用來連接一個獨立的網(wǎng)段，但是有時為了提供更快的接入速度，我們可以把一些重要的網(wǎng)絡計算機直接連接到交換機的端口上。這樣，網(wǎng)絡的關鍵服務器和重要用戶就擁有更快的接入速度，支持更大的信息流量。

最后簡略的概括一下交換機的基本功能：

1． 像集線器一樣，交換機提供了大量可供線纜連接的端口，這樣可以采用星型拓撲布線。

2． 像中繼器、集線器和網(wǎng)橋那樣，當它轉(zhuǎn)發(fā)幀時，交換機會重新產(chǎn)生一個不失真的方形電信號。

3． 像網(wǎng)橋那樣，交換機在每個端口上都使用相同的轉(zhuǎn)發(fā)或過濾邏輯。

4． 像網(wǎng)橋那樣，交換機將局域網(wǎng)分為多個沖突域，每個沖突域都是有獨立的寬帶，因此大大提高了局域網(wǎng)的帶寬。

5． 除了具有網(wǎng)橋、集線器和中繼器的功能以外，交換機還提供了更先進的功能，如虛擬局域網(wǎng)（VLAN）和更高的性能。