四層交換機(jī)第三層交換機(jī)

第三層交換機(jī)，是直接根據(jù)第三層網(wǎng)絡(luò)層IP地址來(lái)完成端到端的數(shù)據(jù)交換的。

三層交換機(jī)的工作原理:

使用IP的設(shè)備A------------------------三層交換機(jī)------------------------使用IP的設(shè)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(luò)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(gè)ARP請(qǐng)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(jī)，交換機(jī)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(yīng)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(shí)現(xiàn)和B的通訊，在流緩存條目中沒(méi)有對(duì)應(yīng)MAC地址條目，就將第一個(gè)正常數(shù)據(jù)包發(fā)送向一個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)，這個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)一般在操作系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)好，對(duì)應(yīng)第三層路由模塊，所以可見(jiàn)對(duì)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(guān)的MAC地址;然后就由三層模塊接收到此數(shù)據(jù)包，查詢(xún)路由表以確定到達(dá)B的路由，將構(gòu)造一個(gè)新的幀頭，其中以缺省網(wǎng)關(guān)的MAC地址為源MAC地址，以主機(jī)B的MAC地址為目的MAC地址。通過(guò)一定的識(shí)別觸發(fā)機(jī)制，確立主機(jī)A與B的MAC地址及轉(zhuǎn)發(fā)端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并記錄進(jìn)流緩存條目表，以后的A到B的數(shù)據(jù)，就直接交由二層交換模塊完成。這就通常所說(shuō)的一次路由多次轉(zhuǎn)發(fā)。

表面上看，第三層交換機(jī)是第二層交換器與路由器的合二而一，然而這種結(jié)合并非簡(jiǎn)單的物理結(jié)合，而是各取所長(zhǎng)的邏輯結(jié)合。其重要表現(xiàn)是，當(dāng)某一信息源的第一個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行第三層交換后，其中的路由系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)MAC地址與IP地址的映射表，并將該表存儲(chǔ)起來(lái)，當(dāng)同一信息源的后續(xù)數(shù)據(jù)流再次進(jìn)入交換環(huán)境時(shí)，交換機(jī)將根據(jù)第一次產(chǎn)生并保存的地址映射表，直接從第二層由源地址傳輸?shù)侥康牡刂?，不再?jīng)過(guò)第三路由系統(tǒng)處理，從而消除了路由選擇時(shí)造成的網(wǎng)絡(luò)延遲，提高了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)效率，解決了網(wǎng)間傳輸信息時(shí)路由產(chǎn)生的速率瓶頸。所以說(shuō)，第三層交換機(jī)既可完成第二層交換機(jī)的端口交換功能，又可完成部分路由器的路由功能。即第三層交換機(jī)的交換機(jī)方案，實(shí)際上是一個(gè)能夠支持多層次動(dòng)態(tài)集成的解決方案，雖然這種多層次動(dòng)態(tài)集成功能在某些程度上也能由傳統(tǒng)路由器和第二層交換機(jī)搭載完成，但這種搭載方案與采用三層交換機(jī)相比，不僅需要更多的設(shè)備配置、占用更大的空間、設(shè)計(jì)更多的布線(xiàn)和花費(fèi)更高的成本，而且數(shù)據(jù)傳輸性能也要差得多，因?yàn)樵诤Ａ繑?shù)據(jù)傳輸中，搭載方案中的路由器無(wú)法克服路由傳輸速率瓶頸。

眾所周知，第二層交換機(jī)，是根據(jù)第二層數(shù)據(jù)鏈路層的MAC地址和通過(guò)站表選擇路由來(lái)完成端到端的數(shù)據(jù)交換的。

二層交換機(jī)具體的工作流程如下:

(1) 當(dāng)交換機(jī)從某個(gè)端口收到一個(gè)數(shù)據(jù)包，它先讀取幀頭中的源MAC地址，并將MAC地址與源端口做對(duì)應(yīng)存儲(chǔ)在站表中。

(2) 再去讀取幀頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口;

(3) 如表中有與這目的MAC地址對(duì)應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上;

(4) 如表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到同一VLAN下的所有端口，當(dāng)目的機(jī)器對(duì)源機(jī)器回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的MAC地址與哪個(gè)端口對(duì)應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時(shí)就不再需要對(duì)所有端口進(jìn)行廣播了。

不斷的循環(huán)這個(gè)過(guò)程，對(duì)于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學(xué)習(xí)到，二層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)它自己的地址表。

因?yàn)檎颈淼慕⑴c維護(hù)是由交換機(jī)自動(dòng)完成，而路由器又是屬于第三層設(shè)備，其尋址過(guò)程是根據(jù)IP地址尋址和通過(guò)路由表與路由協(xié)議產(chǎn)生的。所以，第二層交換機(jī)的最大好處是數(shù)據(jù)傳輸速度快，因?yàn)樗豁氉R(shí)別數(shù)據(jù)幀中的MAC地址，而直接根據(jù)MAC地址產(chǎn)生選擇轉(zhuǎn)發(fā)端口的算法又十分簡(jiǎn)單，非常便于采用ASIC專(zhuān)用芯片實(shí)現(xiàn)。顯然，第二層交換機(jī)的解決方案，實(shí)際上是一個(gè)"處處交換"的廉價(jià)方案，雖然該方案也能劃分子網(wǎng)、限制廣播、建立VLAN，但它的控制能力較小、靈活性不夠，也無(wú)法控制各信息點(diǎn)的流量，缺乏方便實(shí)用的路由功能。