一文讀懂第二、三、四層交換機(jī)技術(shù)

一、第二層交換機(jī)

OSI參考模型的第二層叫做數(shù)據(jù)鏈路層，第二層交換機(jī)通過(guò)鏈路層中的MAC地址實(shí)現(xiàn)不同端口間的數(shù)據(jù)交換。第二層交換機(jī)主要功能，就包括物理編址、錯(cuò)誤校驗(yàn)、幀序列以及數(shù)據(jù)流控制。因?yàn)檫@是最基本的交換技術(shù)產(chǎn)品，目前桌面型交換機(jī)一般是屬于這類型，所以一般來(lái)說(shuō)，桌面型交換機(jī)所承擔(dān)的工作復(fù)雜性不是很強(qiáng)，又處于網(wǎng)絡(luò)的最基層，所以也就只需要提供最基本的數(shù)據(jù)鏈接功能即可。

第二層交換機(jī)的應(yīng)用是最為普遍的，一般應(yīng)用于局域網(wǎng)的接入層，用來(lái)連接用戶的計(jì)算機(jī)，并且其價(jià)格便宜，功能符合中、小企業(yè)實(shí)際應(yīng)用需求。通過(guò)二層交換機(jī)，你可以輕松地將位于同一VLAN內(nèi)的數(shù)據(jù)幀從源端發(fā)送到目的端，而無(wú)需物理連接或位于同一位置。因此，軟件公司的服務(wù)器可以集中放置在一個(gè)位置，而分散在其他位置的客戶端可以輕松訪問(wèn)數(shù)據(jù)而沒(méi)有延遲，從而節(jié)省服務(wù)器成本和時(shí)間。組織可以通過(guò)使用這些類型的交換機(jī)將主機(jī)配置在同一個(gè)VLAN中，而不需要任何互聯(lián)網(wǎng)連接，從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通信。

總結(jié)一下二層交換機(jī)的特點(diǎn)：

1. 二層交換機(jī)可以充當(dāng)網(wǎng)橋，將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的各種終端設(shè)備連接在一個(gè)平臺(tái)上。它們能夠非常快速且有效地將數(shù)據(jù)從LAN 網(wǎng)絡(luò)的源端傳輸?shù)侥繕?biāo)端。

2. 二層交換機(jī)通過(guò)從交換機(jī)的地址表中學(xué)習(xí)目的節(jié)點(diǎn)的MAC地址，執(zhí)行交換功能，將數(shù)據(jù)幀從源端重新排列到目的端。

3. MAC地址表為二層設(shè)備提供了唯一的地址，用于標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)下發(fā)的終端設(shè)備和節(jié)點(diǎn)。

4. 二層交換機(jī)將龐大復(fù)雜的 LAN 網(wǎng)絡(luò)拆分為一個(gè)個(gè)小的VLAN網(wǎng)絡(luò)。

5. 通過(guò)在一個(gè)大型的 LAN 網(wǎng)絡(luò)中配置多個(gè) VLAN，在沒(méi)有物理連接的情況下，交換變得更快。

二、第三層交換機(jī)

OSI參考模型的第三層叫做網(wǎng)絡(luò)層，第三層交換機(jī)可以看成是路由器和二層交換機(jī)的結(jié)合，它比第二層交換機(jī)更加高檔，功能更強(qiáng)。

它們比二層交換機(jī)具有更快的切換速度，甚至比傳統(tǒng)路由器更快，因?yàn)樗鼈儾皇褂妙~外的躍點(diǎn)來(lái)執(zhí)行數(shù)據(jù)包的路由，從而會(huì)帶來(lái)更好的性能。

它通常在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行交換，僅在需要時(shí)（如VLAN間的通信）才在網(wǎng)絡(luò)層進(jìn)行路由。

第三層交換機(jī)利用網(wǎng)絡(luò)層的數(shù)據(jù)包頭部信息來(lái)增強(qiáng)第二層交換機(jī)的功能，依據(jù)IP地址信息提供給網(wǎng)絡(luò)路徑選擇，并實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)段間的數(shù)據(jù)交換。

第三層交換機(jī)可以隔離廣播域，具有很高的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)能力和良好的路由控制能力，能夠?qū)崿F(xiàn)不同VLAN主機(jī)間的高速路由。

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大的時(shí)候，你就可以根據(jù)特殊應(yīng)用需求劃分為小面獨(dú)立的VLAN網(wǎng)段，以減小廣播所造成的影響。

通常三層交換機(jī)是采用模塊化結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)靈活配置的需要。在大中型網(wǎng)絡(luò)中，第三層交換機(jī)已經(jīng)成為基本配置設(shè)備。

要理解三層交換機(jī)的功能，首先需要先了解路由的概念。

第3層中的源端設(shè)備首先查看自己的路由表，路由表中包含了源IP地址、目的IP地址和子網(wǎng)掩碼的所有信息。

然后，根據(jù)它從路由表中收集的信息，將數(shù)據(jù)包發(fā)送到目的地，并可以在不同的LAN、MAN和WAN網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)一步傳遞數(shù)據(jù)。

它遵循最短且安全的路徑在終端設(shè)備之間傳遞數(shù)據(jù)，這就是路由的總體概念。

各種網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)STM鏈路連接在一起，STM鏈路有很高的帶寬，DS3鏈路也可以。連接的類型取決于網(wǎng)絡(luò)的各種參數(shù)。

總結(jié)一下三層交換機(jī)的特點(diǎn)：

1. 執(zhí)行靜態(tài)路由，以在不同 VLAN 之間傳輸數(shù)據(jù)。而二層設(shè)備只能在同一 VLAN網(wǎng)絡(luò)之間傳輸數(shù)據(jù)。

2. 以與路由器相同的方式執(zhí)行動(dòng)態(tài)路由，這種動(dòng)態(tài)路由技術(shù)允許交換機(jī)執(zhí)行最佳數(shù)據(jù)包路由。

3. 根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)場(chǎng)景提供一組多路徑來(lái)傳遞數(shù)據(jù)包。交換機(jī)可以選擇最可行的路徑來(lái)路由數(shù)據(jù)包，目前流行的路由技術(shù)包括 RIP 和 OSPF。

4. 有能力識(shí)別關(guān)于流量流向的交換機(jī)的相關(guān)IP地址信息。

5. 能夠根據(jù)子網(wǎng)劃分或 VLAN 流量標(biāo)記部署 QoS 分類，而不是像二層交換機(jī)那樣手動(dòng)配置交換機(jī)端口。

6. 需要更多的功率來(lái)運(yùn)行，并在交換機(jī)之間提供更高帶寬的鏈路，這些鏈路幾乎超過(guò) 10Gbits。

7. 為數(shù)據(jù)交換提供高度安全的路徑。

三、第四層交換機(jī)

OSI參考模型的第四層叫做傳輸層，該設(shè)備是采用第四層交換技術(shù)而開(kāi)發(fā)出來(lái)的交換機(jī)產(chǎn)品，直接面對(duì)具體應(yīng)用。

第四層交換機(jī)支持的協(xié)議是各種各樣的，如HTTP，F(xiàn)TP、Telnet、SSL等。

在第四層交換中為每個(gè)供搜尋使用的服務(wù)器組設(shè)立虛IP地址（VIP），每組服務(wù)器支持某種應(yīng)用。

在域名服務(wù)器（DNS）中存儲(chǔ)的每個(gè)應(yīng)用服務(wù)器地址是VIP，而不是真實(shí)的服務(wù)器地址。

當(dāng)某用戶申請(qǐng)應(yīng)用時(shí)，一個(gè)帶有目標(biāo)服務(wù)器組的VIP連接請(qǐng)求（例如一個(gè)TCPSYN包）發(fā)給服務(wù)器交換機(jī)。

服務(wù)器交換機(jī)在組中選取最好的服務(wù)器，將終端地址中的VIP用實(shí)際服務(wù)器的IP取代，并將連接請(qǐng)求傳給服務(wù)器。

這樣，同一區(qū)間所有的包由服務(wù)器交換機(jī)進(jìn)行映射，在用戶和同一服務(wù)器間進(jìn)行傳輸。

第四層交換技術(shù)相對(duì)原來(lái)的第二層、第三層交換技術(shù)具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。

從操作方面來(lái)看，第四層交換是穩(wěn)固的，因?yàn)樗鼘刂圃趶脑炊说剿薅说膮^(qū)間中。

另一方面，路由器或第三層交換，只針對(duì)單一的包進(jìn)行處理，不清楚上一個(gè)包從哪來(lái)、也不知道下一個(gè)包的情況。

它們只是檢測(cè)包報(bào)頭中的TCP端口數(shù)字，根據(jù)應(yīng)用建立優(yōu)先級(jí)隊(duì)列，路由器根據(jù)鏈路和網(wǎng)絡(luò)可用的節(jié)點(diǎn)決定包的路由，而第四層交換機(jī)則是在可用的服務(wù)器和性能基礎(chǔ)上先確定區(qū)間。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，四層交換機(jī)與二層交換機(jī)、三層交換機(jī)的區(qū)別在于它們?nèi)叩墓ぷ鞣绞揭约皯?yīng)用方式的不同。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，雖然二層交換機(jī)的解決方案也能劃分子網(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，只適合小型局域網(wǎng)。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。四層交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用非常靈活，它即可是網(wǎng)絡(luò)中心的匯接點(diǎn)設(shè)備，又可以應(yīng)用在局域網(wǎng)分布層的邊緣接入處，甚至于作為工作組級(jí)支持交換到桌面。

目前，四層交換機(jī)主要技術(shù)除了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡，還包括包過(guò)濾、服務(wù)質(zhì)量、主備機(jī)連接等等。隨著信息應(yīng)用水平的不斷提高，它對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求也越來(lái)越高，越來(lái)越復(fù)雜，四層交換機(jī)及類似的高層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中發(fā)揮更加重要的作用。

編輯：黃飛

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