Internet课程3-第三层交换

三层交换(L3交换)的发展及应用简述一、L3交换原理和分类最早的第三层交换，是基于A TM技术的MPOA和IP Switch，分别基于ATMF 和IETF标准（RFC1953和RFC1987）。

其基本原理相近，把路由功能分为第三层路径选择（智能路由选择）和第三层交换（快速转发）。

趋势是把第三层交换放到骨干网ATM交换机中去，把路由器和A TM骨干网融为一体。

MPOA方式的前提是一定要由ATM网络事先建立一条端到端的连接，再采用“Short Cut”方式对IP包进行路由。

IP Switch方式中的RFC1953解决了“多跳”数量增长的问题，通过软件提供一种“直通”（Cut-through）来满足多IP业务要求，它与RFC1987共同构成IP Switch基础。

IP Switch对数据包的处理多采用以ATM交换机跨接路由器直通（CUT-THROUGH）处理的方式，即第一个包通过路由器进行检查、鉴别和处理，以后相同的包由ATM交换机跨接直通传输，不再通过路由器。

无论是IP Switch还是MPOA，这个IP数据流都是在虚电路里传输，所有IP 包都在一个已经选定的路由中传输，不存在不同的IP包经过不同的路由。

只是IP Switch方式每个ATM交换机可独立处理IP交换，以直通IP数据流。

但MPOA 一定要所有ATM交换机统一动作，所以MPOA方式实施前一定要先建立一条端到端的SVC。

除了以上两种L3交换之外，在其他领域也相继产生了第三层交换技术。

如思科公司的专有技术CEF（思科快速转发）、普遍被所有第三层交换机厂家采用的多层交换技术MLS以及当前被广泛推广的基于IETF标准的多协议标记交换MPLS。

二、L3交换的起源和发展基于L2以太网交换技术的多层交换最早起源于校园网络，后来在IDC中也有较多应用。

早期互联网业务流量模型符合20:80规则，即80%的流量为本地，20%的流量出网。

后来此流量模型发生逆转，80%流量来自网段外部，内部通信只有20%。

三层交换的工作原理
三层交换是指在数据链路层和网络层之间进行的转发和路由操作。

工作原理如下：
1. 收到一个数据包：交换机从网络中收到一个数据包，数据包包含了源IP地址、目的IP地址、源MAC地址和目的MAC地址等信息。

2. 查找转发表：交换机根据数据包中的目的MAC地址查找转发表，转发表中保存了端口与MAC地址的对应关系。

3. 判断目的MAC地址是否存在于转发表中：
a. 如果存在，则直接将数据包转发到相应的端口上。

b. 如果不存在，则进行下一步。

4. 查找路由表：交换机根据数据包中的目的IP地址查找路由表，路由表中保存了目的IP地址与下一跳地址的对应关系。

5. 判断目的IP地址是否存在于路由表中：
a. 如果存在，则将数据包转发到对应的下一跳地址。

b. 如果不存在，则进行下一步。

6. 广播或丢弃：如果目的IP地址不存在于路由表中，则交换机会将数据包广播到所有的端口上。

如果该交换机不是最终目的地，则下一跳交换机会再次进行查找和转发操作。

如果无法找到最终的目的地，则数据包会被丢弃。

通过以上步骤，交换机能够根据目的MAC地址和目的IP地址将数据包转发到正确的端口和目的地，实现了三层交换的功能。

第三层交换技术1、三层交换的概念第三层交换技术也称为IP 交换技术或高速路由技术等，是相对于传统交换概念而提出的。

众所周知，传统的交换技术是在OSI 网络标准模型中的第二层—数据链路层进行操作的，而第三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。

简单地说，第三层交换技术就是：第二层交换技术＋第三层转发技术，这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。

一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。

2. 三层交换的原理从硬件的实现上看，目前，第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线交换数据的。

在第三层交换机中，与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速地交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制(10Mbit/s---100Mbit/s)。

在软件方面，第三层交换机将传统的基于软件的路由器重新进行了界定：(1)数据封包的转发：如IP/IPX 封包的转发，这些有规律的过程通过硬件高速实现；(2)第三层路由软件：如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实现。

假设有两个使用IP 协议的站点，通过第三层交换机进行通信的过程为：若发送站点A 在开始发送时，已知目的站B的IP 地址，但尚不知道它在局域网上发送所需要的MAC 地址，则需要采用地址解析(ARP)来确定B的MAC 地址。

A把自己的IP 地址与B的IP 地址比较，采用其软件中配置的子网掩码提取出网络地址来确定B是否与自己在同一子网内。

若B 与A 在同一子网内，A 广播一个ARP 请求，B 返回其MAC 地址，A 得到B 的MAC 地址后将这一地址缓存起来，并用此MAC 地址封包转发数据，第二层交换模块查找MAC 地址表确定将数据包发向目的端口。

三层交换技术的名词解释在当今的网络通信中，三层交换技术被广泛应用于数据传输和网络连接。

它是一种基于计算机网络技术的数据包转发方式，用于在不同子网之间进行数据传输和路由选择。

本文将对三层交换技术的相关名词进行解释，帮助读者更好地理解和应用该技术。

一、三层交换技术三层交换技术是指通过网络交换设备在数据包传输中，根据目标IP地址进行路由选择和数据包转发的技术。

它兼具交换机和路由器的功能，可以在子网之间实现高效的数据交换和路由转发。

与传统的二层交换技术相比，三层交换技术具有更加灵活和高效的数据包转发能力。

二、子网子网是指在一个大网络中按照一定的地址范围进行划分的较小网络。

在一个子网中，设备可以通过相同的网络地址进行通信。

子网划分的主要目的是提高网络的管理灵活性和安全性，同时也减小了广播域的范围，减少广播冲突。

三、IP地址IP地址是在互联网中用于标识网络设备的数字地址。

它由32位或128位构成，用于识别局域网或广域网中的网络和主机。

一般情况下，IP地址分为网络地址和主机地址两部分，通过这个地址可以找到目标设备并进行数据传输。

四、路由选择路由选择是指在网络中选择合适的路径，将数据包从源设备发送到目标设备的过程。

在三层交换技术中，路由选择根据目标IP地址进行，根据路由协议或者静态配置的路由表信息，选择最佳路径进行数据包转发。

这样可以提高网络的整体性能和可靠性。

五、数据包转发数据包转发是指网络设备根据路由表和路由选择算法，将数据包从源设备转发到目标设备的过程。

在三层交换技术中，数据包转发通过查找目标设备的IP地址，确定其所在子网，并进行相关的路由选择和数据包转发操作。

六、网络设备网络设备是指用于构建和维护网络的硬件设备，如交换机、路由器、服务器等。

在三层交换技术中，网络设备起到了关键的作用，通过交换机和路由器等设备的组合，实现了高效的数据交换和路由转发。

七、网络通信网络通信是指通过计算机网络实现设备之间的信息传递和数据交换。

详细讲解第三层交换技术随着当今网络业务流量呈几何级数爆炸式增长，并且业务流模式改变为更多的业务流跨越子网边界，穿越路由器的业务流也大大增加，传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈凸现出来。

第三层交换技术的出现，很好地解决了局域网中业务流跨网段引起的低转发速率、高延时等网络瓶颈问题。

第三层交换设备的应用领域也从最初的骨干层、汇聚层一直渗透到边缘的接入层。

第三层交换设备在网络互联中的应用日益普及。

然而，人们对第三层交换技术及其设备的理解却存在较大差异。

一些专业杂志和科普文摘对第三层交换技术原理的不准确介绍容易引起误导。

第三层交换作为新一代局域网路由和交换技术，其产品在体系结构、所实现的功能和性能上都有别于二层以太网交换机和传统路由器。

本文分析第三层交换技术的基本特征、分类及实现原理，希望能对人们进一步理解和使用第三层交换设备有所裨益。

1 第三层交换技术基本特征第三层交换技术也称为IP交换技术。

它将第二层交换机和第三层路由器两者的优势结合成为一个有机的整体，是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制，是新一代局域网路由和交换技术。

第三层交换技术具有以当前系统1/10的代价获得传输性能于过去10倍的能力。

既然第三层交换机能够代替路由器执行传统路由器的大多数功能，它应该具有路由的基本特征。

我们知道，路由的核心功能主要包括数据报文转发和路由处理两方面。

数据报文转发是路由器和第三层交换机最基本的功能，用来在子网间传送数据报文；路由处理子功能包括创建和维护路由表，完成这一功能需要启用路由协议如RIP或OSPF来发现和建立网络拓扑结构视图，形成路由表。

路由处理一旦完成，将数据报文发送至目的地就是报文转发子功能的任务了。

报文转发子功能的工作包括检查IP报文头、IP数据包的分片和重组、修改存活时间（TTL）参数、重新计算IP头校验和、MAC地址解析、IP包的数据链路封装以及IP包的差错与控制处理（ICMP）等等。

第三层交换技术1．引言在今天的网络建设中，新出现的三层交换机已成为我们的首选。

它以其高效的性能、优良的性能价格比得到用户的认可和赞许。

目前，三层交换机在企业网/校园网建设、智能社区接入等等许多场合中得到了大量的应用，市场的需求和技术的更新推动这种应用向纵深发展。

2．传统交换技术传统的局域网交换机是一种二层网络设备，它在操作过程中不断收集信息去建立起它本身的一个MAC地址表。

这个表相当简单，基本上说明了某个MAC 地址是在哪个端口上被发现的。

这样当交换机收到一个以太网包时，它便会查看一下该以太网包的目的MAC地址，核对一下自己的地址表以确认该从哪个端口把包发出去。

但当交换机收到一个不认识的包时，也就是说如果目的MAC地址不在MAC地址表中，交换机便会把该包“扩散”出去，即从所有端口发出去，就如同交换机收到一个广播包一样，这就暴露出传统局域网交换机的弱点：不能有效的解决广播、异种网络互连、安全性控制等问题。

因此，产生了交换机上的VLAN（虚拟局域网）技术。

3．第三层交换技术三层交换（也称多层交换技术，或IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。

众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层――数据链路层进行操作的，而三层交换技术在网络模型中的第三层实现了分组的高速转发。

简单的说，三层交换技术就是“二层交换技术 + 三层转发”。

三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后网段中的子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。

一个具有三层交换功能的设备，是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是两者的有机结合，而不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。

我们可以通过以下例子说明三层交换机是如何工作的。

假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，会先拿自己的IP地址与B站的IP地址进行比较，判断B站是否与自己在同一子网内。

三层交换的工作原理一、引言三层交换是计算机网络中常用的数据交换技术，它利用路由器和交换机相结合的方式，实现了高效的数据传输和转发。

本文将介绍三层交换的工作原理，包括三层交换的基本概念、数据转发过程和路由选择算法等内容。

二、三层交换的基本概念1. 交换机：交换机是计算机网络中用于将数据包从一个端口转发到另一个端口的网络设备。

它通过学习和存储目标MAC地址来实现数据转发。

2. 路由器：路由器是计算机网络中用于在不同网络之间转发数据包的设备。

它通过学习和存储目标IP地址来实现数据转发。

3. 三层交换：三层交换是指将交换机和路由器的功能融合在一起，既能够利用MAC地址进行数据转发，又能够利用IP地址进行数据转发。

三、数据转发过程三层交换的数据转发过程主要分为两个步骤：学习和转发。

1. 学习：当交换机或路由器收到一个数据包时，会先检查数据包的目标MAC 地址或目标IP地址。

如果该地址在交换机或路由器的转发表中已经存在，则说明该地址对应的设备已经在网络中出现过，交换机或路由器会将该地址与接收到的数据包的端口进行绑定，从而学习到该地址的位置。

2. 转发：在学习到目标地址的位置之后，交换机或路由器会根据转发表中的信息，将数据包从一个端口转发到另一个端口。

如果目标地址与转发表中的地址匹配，则直接将数据包转发到目标地址所在的端口；如果目标地址与转发表中的地址不匹配，则根据路由选择算法选择下一跳的路由器，并将数据包转发到该路由器。

四、路由选择算法路由选择算法是三层交换中非常重要的一部分，它决定了数据包在网络中的传输路径。

常见的路由选择算法有静态路由和动态路由。

1. 静态路由：静态路由是由网络管理员手动配置的路由信息。

管理员需要根据网络拓扑和需求，手动指定每个路由器的转发表，确定数据包的转发路径。

静态路由的优点是稳定可靠，但缺点是配置繁琐，不适用于大规模网络。

2. 动态路由：动态路由是根据网络中的拓扑结构和链路状态来自动计算最佳的转发路径。

三层交换原理随着计算机网络的快速发展，传统的网络交换技术已经不能满足大规模网络的需求。

为了提高网络的传输效率和可靠性，三层交换技术应运而生。

三层交换原理是现代网络通信中的重要基础，本文将详细介绍三层交换原理及其工作方式。

一、三层交换原理的概述三层交换原理是指将网络交换设备分为三层进行数据传输处理的一种技术。

它将物理层、数据链路层和网络层进行了分离，使得交换设备能够根据网络层的地址信息进行数据转发和路由选择。

三层交换技术能够实现更快速、更灵活的数据传输，提高网络的整体性能和可扩展性。

二、三层交换原理的工作方式1. 物理层：物理层是网络中最底层的一层，主要负责传输原始的比特流。

在三层交换设备中，物理层主要包括物理端口和物理链路。

物理端口是设备与外界连接的接口，物理链路是连接两个物理端口的传输媒介。

2. 数据链路层：数据链路层负责将物理层传输的比特流转换为帧，并对帧进行处理和管理。

在三层交换设备中，数据链路层主要包括MAC地址表和交换引擎。

MAC地址表用于记录设备的物理地址和端口的对应关系，交换引擎用于控制帧的转发和过滤。

3. 网络层：网络层负责将数据链路层传输的帧转换为数据包，并对数据包进行路由选择和转发。

在三层交换设备中，网络层主要包括路由表和路由引擎。

路由表用于记录网络层地址和下一跳的对应关系，路由引擎用于控制数据包的转发和路由选择。

三、三层交换原理的优点1. 提高网络的传输效率：三层交换设备能够根据网络层的地址信息进行数据转发和路由选择，从而实现快速的数据传输和路由选择，提高网络的传输效率。

2. 提高网络的可靠性：三层交换设备能够根据网络层的地址信息进行数据转发和路由选择，从而实现冗余路径的选择和数据包的备份，提高网络的可靠性。

3. 提高网络的扩展性：三层交换设备能够根据网络层的地址信息进行数据转发和路由选择，从而实现网络的灵活扩展和配置，提高网络的扩展性。

四、三层交换原理的应用场景1. 大规模企业网络：三层交换设备能够根据网络层的地址信息进行数据转发和路由选择，从而实现快速的数据传输和路由选择，适用于大规模企业网络的搭建和管理。

在传统的校园网模式中，网络互连一般是一个或多个主干交换机下连多级交换机，交换机间通过路由器来进行通信的结构，传统路由器工作在OSI模型的网络层，并且基于软件进行路由的计算和包的转发。

随着校园网规模的扩大，用户的增加，各种基于IP协议的应用（如视频会议，远程教育）的迅猛发展，传统路由在校园网的安全管理和流量控制方面益发成为一个瓶颈问题，而传统交换机虽是有快速处理能力。

但它本质是一种多端口网桥，不可避免会产生广播，无法实现路由，为解决这个矛盾，网络厂商提出了第三层交换的思想。

第三层交换技术工作原理和功能传统路由器工作在OSI七层模型的网络层,它在网络中收到任何一个数据包（包括广播包），就将该包第二层（数据链路层）的信息去掉，查看第三层的信息。

再根据路由表确定数据包的路由，进行第二层信息的封装，最后将该数据包转发。

路由器的瓶颈表现在：它是一个无连接设备，其工作机制使其成为一个转发并遗忘的网络设备。

即使是同一源地址向同一目的地址发出的所有数据包，也要重复相同的路由过程，这导致路由器不可能具有很高的吞吐量，另外，路由器的复杂的处理和强大的功能主要是由软件来实现，这必然使得它成为网络瓶颈。

在路由技术发展的同时，作为解决网络传输带宽的方案之一的交换技术得到很快的发展，交换网络是以交换器为中心构造的网络体系。

网络交换机与多端口网桥非常相似，因为它们都工作在数据链路层，网络交换机在不同端口间传递数据时也是基于数据包的目的MAC地址。

交换机的实现通常采用全硬件结构实现，速度快，但它和网桥一样不具有隔离广播数据包的能力。

L3交换技术（LAYER３SWITCHING）就是综合以上两种技术的优点扬长避短而出现的一种新兴的网络互连技术，也称第三层交换技术。

如果仅考虑ＩＰ，就称为ＩＰ交换技术。

第三层交换式路由器采用了在专门处理数据包转发功能的基础上又住集成了路由处理功能的ASIC蕊片，将传统二层交换机的高速转发和路由器的路由功能结合起来，实现线速路由，解决了路由器的瓶颈问题。