三层交换技术浅谈

三层交换机的配置实验原理主要基于三层交换技术，这种技术可以实现不同VLAN之间的通信。

具体来说，三层交换技术实际上是二层交换技术结合三层转发功能的成果。

当三层设备接收到一个数据帧后，会拆除原数据帧，重新封装新的源MAC地址和目标MAC地址，并且因为帧头部的信息发生变化，最后的帧校验CRC也应当随之改变。

在这个流中的多个数据包中，只有第一个数据包是由三层交换机的三层引擎来处理的，处理的方式是软件方式，与路由器相同。

在第一个数据包转发完成后，在硬件中创建一个MLS条目，用于后续的数据包由硬件执行的重新封装和快速转发。

2层数据帧会被重新封装为需要转发的下一个网段的帧格式。

这就是“一次路由，多次交换”的原理。

为了实现不同VLAN之间的通信，三层交换机在硬件结构上采用了一种叫做ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）的芯片，它提供了高速的数据转发和路由查找功能。

ASIC芯片将转发和路由的硬件分离，使得三层交换机在性能上得到了极大的提高。

此外，三层交换机还支持VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）功能。

VLAN可以将一个物理网络逻辑地划分成多个虚拟网络，从而实现网络资源的有效隔离和划分。

通过对VLAN的划分，可以有效地控制广播风暴、提高网络安全性，同时也使得网络管理变得更加灵活和方便。

综上所述，三层交换机的配置实验原理是基于三层交换技术和VLAN 功能，实现了不同VLAN之间的通信，提高了网络性能和安全性，使得网络管理变得更加灵活和方便。

２００７．７43１ 西安科技大学计算机系 陕西 ７１００５４２ 中国人民解放军西安通信学院 陕西 ７１０１０６三层交换技术的原理及应用温钰１，２ 龚尚福１ 王照峰２ 李红卫２摘要：本文在分析比较二、三层交换技术的基础上介绍了三层交换技术的工作原理。

从网络扩展能力、数据处理能力、多协议支持能力以及冗余通道等多方面阐述了三层交换技术的特点。

对比分析了基于硬件结构和基于软件结构的两种三层交换技术的工作流程，阐述了三层交换技术在虚拟局域网中的应用。

关键词：三层交换技术；路由；ＶＬＡＮ０ 引言计算机技术与通信技术的结合促进了计算机网络的迅猛发展，在计算机网络中，交换机和路由器起着至关重要的作用。

随着２０世纪９０年代后期千兆交换式以太网的登台亮相，短短的３０年间，局域网经历了从单工到双工、从共享到交换、从专用到普及、从第二层交换到多层交换的过程。

网络初期，采用局域网技术组网时，使用的网络互联设备是集线器，主要工作在物理层，基于ＣＳ—ＭＡ／ＣＤ协议的用户数据的冲突检测和出错重发过程，使传输的效率很低，实现的功能主要局限于主机连接、文件和打印资料的共享，此时，多个用户共享１０Ｍｂｐｓ带宽即可满足要求。

随着网络规模的日益扩大，这种网络系统已不能胜任。

因此采用了工作在数据链路层上的设备网桥，它可起到使网段细化、减小冲突域，从而优化局域网性能的目的。

但它是对高层（第三层以上）协议透明的设备，不能有效阻止广播风暴，因此引入了路由器的概念。

路由器在子网间互连、安全控制、广播风暴限制等方面起了关键的作用，但复杂的算法、较低的数据吞吐量使其成为网络的瓶颈，为此迫切需要一种具有路由转发功能，同时还能减少网络瓶颈的技术，三层交换技术孕育而生。

１ 三层交换技术的原理三层交换是相对于传统的交换概念而提出的。

传统的交换技术是在ＯＳＩ网络参考模型中的第二层（数据链路层）进行操作，而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。

二层、三层交换机技术分析一、二层交换机工作原理二层交换技术是发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。

具体的工作流程如下：（1）当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；（2）再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；（3）如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；（4）如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了。

不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。

从二层交换机的工作原理可以推知以下三点：（1）由于交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就要求具有很宽的交换总线带宽，如果二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超过N×M，那么这交换机就可以实现线速交换；（2）学习端口连接的机器的MAC地址，写入地址表，地址表的大小（一般两种表示方式：一为BEFFERRAM，一为MAC表项数值），地址表大小影响交换机的接入容量；（3）还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC （Application specific Integrated Circuit）芯片，因此转发速度可以做到非常快。

由于各个厂家采用ASIC不同，直接影响产品性能。

以上三点也是评判二三层交换机性能优劣的主要技术参数，这一点请大家在考虑设备选型时注意比较。

二、路由技术路由器工作在OSI模型的第三层---网络层操作，其工作模式与二层交换相似，但路由器工作在第三层，这个区别决定了路由和交换在传递包时使用不同的控制信息，实现功能的方式就不同。

三层交换机的工作原理简述
三层交换机的工作原理是基于OSI模型的网络层进行的。

它可以根据IP地址来转发数据包，实现网络的互联和路由功能。

具体步骤如下：
1. 当一个数据包进入三层交换机时，交换机会读取数据包的目标IP地址。

2. 交换机会查询路由表，确定该IP地址所属的子网。

3. 交换机会根据路由表的信息，将数据包转发到适当的出口接口，进入目标子网。

4. 如果目标IP地址所在的子网直接连接到交换机的接口上，交换机可以直接发送数据包。

5. 如果目标IP地址不在同一个子网内，交换机会将数据包发送到默认网关。

6. 默认网关会进一步将数据包转发到目标子网。

三层交换机还可以根据流量和负载实现负载均衡和流量控制。

它可以通过学习和记忆MAC地址和IP地址的映射关系来提高转发速度，这样可以更高效地进行数据包的路由转发。

三层交换的基本配置方法一、引言三层交换技术是现代网络中重要的组成部分，它能够提供高效的数据交换和路由功能。

在网络中，三层交换机扮演着连接不同网络之间的桥梁作用，它能够减少网络通信的延迟和提高网络吞吐量。

本文将介绍三层交换机的基本配置方法。

二、三层交换机基础知识1. 三层交换机工作原理三层交换机能够实现路由和交换功能，通过学习MAC地址和IP地址等信息建立转发表，实现数据包的转发。

当数据包到达三层交换机时，它会根据目标IP地址查找路由表，并将数据包发送到相应的端口。

2. 三层交换机端口类型三层交换机有不同类型的端口，包括：(1) Access端口：连接终端设备如PC、服务器等。

(2) Trunk端口：连接其他交换机或路由器。

(3) VLAN接口：连接不同VLAN之间的通信。

3. 三层交换机VLAN技术VLAN是虚拟局域网技术，通过逻辑划分实现物理隔离。

在一个物理网络中可以划分为多个逻辑网段，从而提高网络的安全性和管理性。

三层交换机支持VLAN技术，可以实现不同VLAN之间的通信。

三、三层交换机基本配置方法1. 连接三层交换机将电脑通过网线连接到三层交换机的Console端口，使用超级终端软件连接。

在超级终端中设置波特率为115200，数据位为8，校验位为无，停止位为1。

2. 配置基本参数进入三层交换机的配置模式，设置主机名、域名、管理IP地址等参数。

命令如下：Switch(config)#hostname Switch1Switch(config)#ip domain-name Switch(config)#interface vlan 1Switch(config-if)#ip address 192.168.0.1 255.255.255.03. 配置VLAN创建VLAN并将端口分配到相应的VLAN中。

命令如下：Switch(config)#vlan 10Switch(config-vlan)#name SalesSwitch(config-vlan)#exit4. 配置端口类型和模式将端口设置为Access或Trunk类型，并设置相应的模式。

笔者在参与一些公司的网络工程建设中，发现一些公司对交换机的选择大多依然停留在过去，完全不考虑企业内网基于不同部门的子网划分，只要一般百兆交换机，把所有的电脑接起来就行。

这要是在ADSL等宽带技术还没有普及之前，企业接入广域网需要专门的企业级传统路由器，如；CISCO 2600系列接入路由器，来接入帧中继（FRAME RELAY）、数字数据网（DDN）、x.25等。

而企业要部署VLAN，要具有VLAN划分功能的交换机来与传统路由器配合，由传统路由器来做VLAN间通信的路由，那么面对昂贵的传统路由器，小企业无力承受，这是可以理解的。

但现在宽带技术普及之后，一般的企业都会选择ADSL或城域网，除非是非常传统的行业企业，如银行业还是采用DDN。

同时担当接入的网关设备也不在唯一的由传统路由器来承担，而是出现了种类繁多的宽带接入设备，如：宽带路由器、VPN防火墙等。

代替传统路由器做VLAN路由的三层交换机已经出现，基于硬件的路由转发比传统路由器基于软件的路由转发效率更高、更快。

现在企业部署VLAN有了更好的选择，那就是由三层交换机和有VLAN功能的二层接入交换机来配合实现。

并且随着生产三层交换机的厂家越来越多，市场供应的丰富，使原来价格也高高在上的三层交换机将很快走向平民化，特别是千兆三层交换机在高端市场的普及，促使百兆三层交换机向中低端市场普及，并且价位降到一般中小企业有能力接受的程度。

因此在这里进一步点出本文的题目“三层交换，你也可以”的主旨。

在网络核心部署三层交换对中小企业已不是什么新鲜话题。

划分VLAN子网的好处VLAN（Virtual Local Area Network）称为虚拟局域网，是指在逻辑上将物理的LAN分成不同小的逻辑子网，每一个逻辑子网就是一个单独的播域。

简单地说，就是将一个大的物理的局域网（LAN）在交换机上通过软件划分成若干个小的虚拟的局域网（VLAN）。

因为交换机通信的原理就是要通过“广播”来发现通往的目的MAC地址，以便在交换机内部的MAC 数据库建立MAC地址表，而广播不能跨越不同网段。

浅谈计算机多层交换技术应用分析摘要:本文主要讲述了局域网络中信息交换过程中产生的安全问题,解决该问题的主要方法是三层交换技术,针对三层交换技术的实现原理和具体操作过程后,以现在高校的网络为主要分析对象,进行了三层交换技术的应用试验,并分析了研究的结果,根据实践的结果,初步拟定了校园三层网络的架构设计方案,结合了实际的软硬件情况,研究了设备的连接问题,IP的正确配置方法,通过正确的方法完成了三层交换技术的局域网信息安全构建。

为以后更广的推行多层交换技术提供了前车之鉴,为局域网的信息交换,提供了更安全的方式。

关键词:局域网三层交换技术网络安全1 关于多层交换技术1.1 技术问题简介多层交换技术应用较为广泛,许多大型企业在建立信息网络时,都采用多层交换技术,三层交换技术较为常见,采用该技术,可以使网络信息的交换过程更加合理、安全、高效。

三层交换技术,全程第三层交换技术,又名IP交换技术,是一种结合了传统观点的到的现代化的信息管理技术。

传统的信息交换过程是在OSI网络中的第二层数据链中进行的,而我们提到的第三层交换技术是在原有的第三层中进行的,这一层网络模型可以使信息的交换更加迅速。

如果可以使第二层交换机与第三层的路由合并起来,路由器的主要作用是依据第二层的地址传换数据包以加快通讯效率,这就是三层交换技术的基本工作原理。

三层交换技术主要作用是可以高效的划分网段,打破了以前子网必须由路由器进行管理的局面,这种技术还使工程的经费大大减少,可以提高信息处理的效能,打破了以往的网络瓶颈。

但是,三层交换技术并不是想象的那样见但,使用技术的过程中还需注意使网络交换器与路由器有机的结合在一起,才能充分发挥第三层交换技术的优势。

1.2 技术原理及方法1.2.1 原理根据下文中给出的三层技术原理示意图。

假定AB以前的通信都是由交换机完成的,对于可以支持第三层交换的交换机来说,在信息交换的过程中会记录它们的IP、MAC地址,当有其他主机如图中的C,要访问AB时,交换机会根据C发出的寻址包提供AB的MAC地址,C 可以根据MAC地址与其进行通信,通信的过程中,路由完全没有参与,所以即使AB与C分别位于不同的子网之中,也可以直接通过MAC来通信。

二层交换技术二层交换想信大家都已经非常熟悉了，可以简单的解释成以IP与MAC共同确认数据包地址，然后传输数据包，交换机与PC当中都存有一个MAC表，通过广播的形式来建立和更新MAC地址表，众所周知，第二层交换机，是根据第二层数据链路层的MAC地址和通过站表选择路由来完成端到端的数据交换的。

因为站表的建立与维护是由交换机自动完成，而路由器又是属于第三层设备，其寻址过程是根据IP地址寻址和通过路由表与路由协议产生的。

所以，第二层交换机的最大好处是数据传输速度快，因为它只须识别数据帧中的MAC地址，而直接根据MAC地址产生选择转发端口的算法又十分简单，非常便于采用ASIC专用芯片实现。

显然，第二层交换机的解决方案，实际上是一个“处处交换”的廉价方案，虽然该方案也能划分子网、限制广播、建立VLAN，但它的控制能力较小、灵活性不够，也无法控制各信息点的流量，缺泛方便实用的路由功能。

网吧应有二层交换最普遍，而组网和处理网络故障也最简单，当然其问题也是显而易见的，例如现在流行的ARP欺骗就是通过篡改MAC表来实现局域网木马传播和攻击的。

三层交换技术近年来听过许多关于三层技术的宣传，耳朵都能起茧子，到处都在喊三层技术，有人说这是个非常新的技术，也有人说，三层交换嘛，不就是路由器和二层交换机的堆叠，也没有什么新的玩意，事实果真如此吗？下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。

假定有两台电脑分别是使用IP的设备A与使用IP的设备B比，现在A要给B发送数据，已知目的IP，那么A就用子网掩码取得网络地址，判断目的IP是否与自己在同一网段。

如果在同一网段，但不知道转发数据所需的MAC地址，A就发送一个ARP请求，B返回其MAC地址，A用此MAC封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，查找MAC地址表，将数据包转发到相应的端口。

如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和B的通讯，在流缓存条目中没有对应MAC地址条目，就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统中已经设好，对应第三层路由模块，所以可见对于不是同一子网的数据，最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址；然后就由三层模块接收到此数据包，查询路由表以确定到达B的路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址，以主机B的MAC地址为目的MAC地址。