二層交換機和三層交換機在功能和適用范圍的差異

計算機網(wǎng)絡中的交換機是用于在局域網(wǎng)（LAN）中轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的重要設備。其中，二層交換機和三層交換機是兩種常見的交換機類型。本文將詳細介紹二層交換機和三層交換機的特點、工作原理、各自的優(yōu)缺點以及在思科、華為、瞻博網(wǎng)絡三家廠商如何從二層模式切換到三層模式。

讓我們直接開始！

二層交換機

二層交換機，也被稱為數(shù)據(jù)鏈路層交換機，是在數(shù)據(jù)鏈路層（第二層）進行數(shù)據(jù)交換的設備。它基于MAC（Media Access Control）地址來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸。

以下是二層交換機的特點和工作原理：

特點

透明性：二層交換機對上層協(xié)議是透明的，即它不關心數(shù)據(jù)包中的具體內(nèi)容，只根據(jù)MAC地址進行轉(zhuǎn)發(fā)。

廣播域分割：二層交換機能夠?qū)⒕钟蚓W(wǎng)分割成多個廣播域，從而減少廣播數(shù)據(jù)包的傳播范圍。

無需配置：二層交換機通常無需復雜的配置，插入局域網(wǎng)即可開始工作。

快速轉(zhuǎn)發(fā)：由于使用硬件交換方式，二層交換機的轉(zhuǎn)發(fā)速度非?？?。

工作原理

當二層交換機接收到一個數(shù)據(jù)包時，它會查找數(shù)據(jù)包中的目標MAC地址。

如果交換機的MAC地址表中已有目標MAC地址的條目，它會將數(shù)據(jù)包直接轉(zhuǎn)發(fā)到相應的接口。

如果交換機的MAC地址表中沒有目標MAC地址的條目，它會通過廣播的方式發(fā)送一個特殊的數(shù)據(jù)包，稱為廣播幀（broadcast frame）。

當目標設備收到廣播幀時，它會向交換機回復一個數(shù)據(jù)包，包含自己的MAC地址。

交換機接收到回復后，將目標MAC地址與相應接口的信息存儲在MAC地址表中，以便于以后的轉(zhuǎn)發(fā)。

二層交換機主要適用于小型局域網(wǎng)，具有快速轉(zhuǎn)發(fā)速度和簡單的操作特點。但是，它無法進行網(wǎng)絡層（第三層）的路由功能，這在一些復雜網(wǎng)絡環(huán)境中可能不足以滿足需求。

三層交換機

三層交換機結合了二層交換機和路由器的功能，能夠在網(wǎng)絡層（第三層交換機結合了二層交換機和路由器的功能，能夠在網(wǎng)絡層（第三層）進行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)和路由選擇。它不僅可以根據(jù)MAC地址進行轉(zhuǎn)發(fā)，還可以根據(jù)IP地址進行路由選擇。

以下是三層交換機的特點和工作原理：

特點

多層轉(zhuǎn)發(fā)：三層交換機不僅可以在數(shù)據(jù)鏈路層進行轉(zhuǎn)發(fā)，還可以在網(wǎng)絡層進行路由選擇。它可以根據(jù)IP地址和子網(wǎng)掩碼來確定數(shù)據(jù)包的下一跳路徑。

廣播域分割：與二層交換機類似，三層交換機也能夠?qū)⒕钟蚓W(wǎng)分割成多個廣播域，減少廣播數(shù)據(jù)包的傳播范圍。

支持多種協(xié)議：三層交換機可以支持多種網(wǎng)絡層協(xié)議，如IP、IPX和AppleTalk等。

更靈活的配置：相比于二層交換機，三層交換機通常需要進行一些配置，例如設置IP地址、路由表等。

工作原理

當三層交換機接收到一個數(shù)據(jù)包時，它首先會檢查數(shù)據(jù)包的目標IP地址。

交換機會查詢自己的路由表，根據(jù)目標IP地址找到相應的下一跳路徑。

如果路由表中沒有相應的條目，交換機會將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到默認網(wǎng)關。

交換機將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳路徑上的接口，并將目標MAC地址設置為下一跳的MAC地址。

下一跳的交換機或路由器會根據(jù)目標MAC地址將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給下一個節(jié)點，直到達到目標設備。

三層交換機的路由功能使其更適用于較大規(guī)模的網(wǎng)絡環(huán)境。它能夠?qū)崿F(xiàn)更靈活的網(wǎng)絡配置和管理，同時具備較高的轉(zhuǎn)發(fā)速度和較低的延遲。然而，與二層交換機相比，三層交換機的價格通常更高，并且在配置和管理方面需要更多的專業(yè)知識。

二層交換機和三層交換機對比

特點對比

以下是二層交換機和三層交換機的特點對比：

特點	二層交換機	三層交換機
透明性	√	√
廣播域分割	√	√
配置需求	簡單	較復雜
轉(zhuǎn)發(fā)依據(jù)	MAC地址	IP地址
支持協(xié)議	有限	多種

透明性：二層交換機和三層交換機都對上層協(xié)議是透明的，它們不關心數(shù)據(jù)包中的具體內(nèi)容，只根據(jù)不同的依據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)。

廣播域分割：二層交換機和三層交換機都能夠?qū)⒕钟蚓W(wǎng)分割成多個廣播域，減少廣播數(shù)據(jù)包的傳播范圍。

配置需求：二層交換機通常無需復雜的配置，插入局域網(wǎng)即可開始工作，而三層交換機通常需要進行一些配置，如設置IP地址、路由表等。

轉(zhuǎn)發(fā)依據(jù)：二層交換機基于MAC地址進行轉(zhuǎn)發(fā)，而三層交換機不僅基于MAC地址，還基于IP地址進行路由選擇。

支持協(xié)議：二層交換機通常支持有限的網(wǎng)絡層協(xié)議，如IPX和AppleTalk等，而三層交換機可以支持多種協(xié)議，如IP、IPX和AppleTalk等。

工作原理對比

以下是二層交換機和三層交換機的工作原理對比：

二層交換機工作原理

接收數(shù)據(jù)包：二層交換機接收到一個數(shù)據(jù)包。

查找目標MAC地址：交換機查找數(shù)據(jù)包中的目標MAC地址。

轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包：如果交換機的MAC地址表中已有目標MAC地址的條目，它會將數(shù)據(jù)包直接轉(zhuǎn)發(fā)到相應的接口。否則，交換機通過廣播方式發(fā)送一個特殊的數(shù)據(jù)包，稱為廣播幀。

學習MAC地址：當目標設備收到廣播幀時，它會向交換機回復一個數(shù)據(jù)包，包含自己的MAC地址。交換機接收到回復后，將目標MAC地址與相應接口的信息存儲在MAC地址表中，以便以后的轉(zhuǎn)發(fā)。

三層交換機工作原理

接收數(shù)據(jù)包：三層交換機接收到一個數(shù)據(jù)包。

檢查目標IP地址：交換機首先檢查數(shù)據(jù)包的目標IP地址。

路由選擇：交換機查詢自己的路由表，根據(jù)目標IP地址找到相應的下一跳路徑。

轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包：交換機將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到下一跳路徑上的接口，并設置目標MAC地址為下一跳的MAC地址。

繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)：下一跳的交換機或路由器根據(jù)目標MAC地址將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給下一個節(jié)點，直到達到目標設備。

三層交換機不僅在數(shù)據(jù)鏈路層進行轉(zhuǎn)發(fā)，還可以在網(wǎng)絡層進行路由選擇。它通過檢查目標IP地址和查詢路由表來確定數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

適用環(huán)境對比

以下是二層交換機和三層交換機適用環(huán)境的對比：

適用環(huán)境	二層交換機	三層交換機
網(wǎng)絡規(guī)模	小型	中大型
功能需求	簡單轉(zhuǎn)發(fā)	路由功能
性能需求	快速轉(zhuǎn)發(fā)	高性能
管理復雜性	低	較高
價格	相對較低	相對較高

網(wǎng)絡規(guī)模：二層交換機適用于小型局域網(wǎng)，而三層交換機更適用于中大型網(wǎng)絡環(huán)境。

功能需求：二層交換機主要用于局域網(wǎng)內(nèi)部的簡單數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，而三層交換機不僅可以進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，還具備路由功能。

性能需求：二層交換機能夠提供快速的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)速度，而三層交換機通常具備更高的性能和較低的延遲。

管理復雜性：二層交換機通常無需復雜的配置，而三層交換機在配置和管理方面需要更多的專業(yè)知識和資源。

價格：一般而言，三層交換機的價格相對于二層交換機來說較高，因為它具備更多的功能和性能。

二層模式切換到三層模式

1. 思科設備

以下是在思科設備上配置以太網(wǎng)接口切換到三層模式的步驟：

步驟一：進入接口配置模式

首先，通過命令行或者遠程管理工具登錄到思科設備，并進入全局配置模式。

enable
configureterminal

接下來，選擇要配置的以太網(wǎng)接口，并進入該接口的配置模式。

interface

步驟二：切換到三層模式

在接口配置模式下，使用以下命令將接口切換到三層模式：

noswitchport

步驟三：配置IP地址

在接口配置模式下，配置接口的IP地址和子網(wǎng)掩碼。

ipaddress

步驟四：啟動接口

啟動配置的接口。

noshutdown

步驟五：配置路由

如果需要在思科設備上進行路由功能，還需要進行相應的路由配置。以下是一個簡單的靜態(tài)路由配置示例：

iproute

步驟六：保存配置

最后，保存配置并退出配置模式。

end
copyrunning-configstartup-config

2. 華為設備

以下是在華為設備上配置以太網(wǎng)接口切換到三層模式的步驟：

步驟一：進入接口配置模式

通過命令行或者遠程管理工具登錄到華為設備，并進入用戶視圖。

system-view

接下來，選擇要配置的以太網(wǎng)接口，并進入該接口的接口視圖。

interface

步驟二：切換到三層模式

在接口視圖下，使用以下命令將接口切換到三層模式：

undoportswitch

步驟三：配置IP地址

在接口視圖下，配置接口的IP地址和子網(wǎng)掩碼。

ipaddress

步驟四：啟動接口

啟動配置的接口。

undoshutdown

步驟五：配置路由

如果需要在華為設備上進行路由功能，還需要進行相應的路由配置。以下是一個簡單的靜態(tài)路由配置示例：

iproute-static

步驟六：保存配置

最后，保存配置并退出配置模式。

save
quit

3. 瞻博網(wǎng)絡設備

以下是在瞻博網(wǎng)絡設備上配置以太網(wǎng)接口切換到三層模式的步驟：

步驟一：進入接口配置模式

通過命令行或者遠程管理工具登錄到瞻博設備，并進入系統(tǒng)視圖。

enable
config

接下來，選擇要配置的以太網(wǎng)接口，并進入該接口的接口視圖。

interface

步驟二：切換到三層模式

在接口視圖下，使用以下命令將接口切換到三層模式：

layer3

步驟三：配置IP地址

在接口視圖下，配置接口的IP地址和子網(wǎng)掩碼。

ipaddress

步驟四：啟動接口

啟動配置的接口。

undoshutdown

步驟五：配置路由

如果需要在瞻博設備上進行路由功能，同樣需要進行相應的路由配置。以下是一個簡單的靜態(tài)路由配置示例：

iproute-static

步驟六：保存配置

最后，保存配置并退出配置模式。

save
quit

總結

二層交換機和三層交換機在功能和適用范圍上有所差異。選擇合適的交換機類型取決于網(wǎng)絡規(guī)模、性能需求、安全要求以及預算限制等因素。對于小型局域網(wǎng)，二層交換機的簡單操作和快速轉(zhuǎn)發(fā)特性可能是更合適的選擇；而在較大規(guī)模的網(wǎng)絡環(huán)境中，三層交換機的路由功能和更靈活的配置能力則更具優(yōu)勢。
責任編輯：彭菁