多层交换网络设备实现概述

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。

华为交换机组网方案1. 引言华为交换机是一种用于数据通信的网络设备，可以连接多个计算机、服务器和其他网络设备，实现高速、稳定的数据传输。

组网方案是指在一个网络环境中，根据需求设置合适的交换机布局和连接方式，以便实现高效的网络通信。

本文将介绍华为交换机的组网方案，详细说明了如何使用华为交换机搭建一个安全、可靠的企业级网络。

2. 设备选型在组建网络之前，首先要进行设备选型。

根据网络规模和需求，选用适合的华为交换机型号。

华为交换机系列产品涵盖了各种规模的网络需求，从小型企业到大型数据中心都有适合的型号。

在选型过程中，需要考虑以下几个因素：•带宽需求：根据网络中的流量和连接终端的数量，选择具备足够带宽的交换机。

•可扩展性：如果将来有网络扩容的需求，需要选择支持堆叠或链路聚合的交换机。

•安全性：选择具备安全功能的交换机，如访问控制列表（ACL）和流量监控。

3. 组网方案3.1 单层组网方案在小型网络中，可以采用单层组网方案。

该方案适用于用户数量较少的场景，例如小型办公室或家庭网络。

以下是单层组网方案的步骤：1.连接互联网：将华为交换机的一端与互联网出口设备（如光纤调制解调器或路由器）相连。

2.连接终端设备：将计算机、服务器和其他网络设备与华为交换机的其他端口连接起来。

3.配置交换机：使用华为交换机的管理界面，配置网络参数、VLAN、ACL等功能，以及设置端口的速率和双工模式。

3.2 多层组网方案在大型企业或数据中心等场景中，需要采用多层组网方案。

该方案适用于用户数量较多、网络复杂的情况。

以下是多层组网方案的步骤：1.核心交换机设置：选取一台性能强大的华为交换机作为核心交换机，并将其与互联网出口设备相连。

2.子交换机设置：在不同楼层或不同区域安装华为子交换机，将其与核心交换机连接起来。

3.连接终端设备：将计算机、服务器和其他网络设备与子交换机的端口连接起来。

4.配置交换机：使用华为交换机的管理界面，配置网络参数、VLAN、ACL等功能，以及设置端口的速率和双工模式。

汇报人：2023-12-01•多层交换技术概述•多层交换技术基本原理•多层交换技术理论篇•VRRP实现网关冗余技术目•部署多层交换VRRP实现网关冗余实验•多层交换技术发展与趋势录01多层交换技术概述多层交换技术是一种基于网络通信协议的交换技术，它可以在不同的网络层上实现数据包的交换和路由。

多层交换技术可以同时处理多个网络层的通信协议，能够根据数据流的不同层次进行分类和转发，具有较高的灵活性和可扩展性。

定义与特点特点定义多层交换技术起源于20世纪90年代，当时随着互联网的快速发展，传统的路由器和交换机已经无法满足网络通信的需求，因此多层交换技术应运而生。

发展随着网络通信技术的不断进步，多层交换技术也在不断发展和完善，目前已经广泛应用于大型网络、数据中心和云计算等领域。

多层交换技术可以同时处理多个网络层的通信协议，能够根据数据流的不同层次进行分类和转发，具有较高的灵活性和可扩展性，同时还可以减少网络传输延迟和数据包丢失等问题。

优势多层交换技术的实现较为复杂，需要较高的技术水平和配置管理，同时也存在一些安全风险和漏洞，需要加强安全管理和维护。

不足02多层交换技术基本原理硬件交换也称为矩阵交换，是一种使用硬件设备实现数据交换的技术。

硬件交换具有高速、高效的特点，适用于大规模、高流量的网络环境。

软件交换也称为协议交换，是一种通过软件实现数据交换的技术。

软件交换具有灵活性和可扩展性，适用于多协议、多业务的需求。

硬件交换和软件交换基于路由器的多层交换通过路由器实现不同网络层之间的数据交换。

路由器可以识别IP地址和其他协议，并根据路由表将数据包转发到目标地址。

基于交换机的多层交换通过交换机实现不同网络层之间的数据交换。

交换机可以识别MAC地址和其他协议，并根据转发表将数据包转发到目标地址。

基于路由器的多层交换与基于交换机的多层交换的…路由器和交换机在多层交换中各有优缺点。

路由器具有更强的路由和协议支持能力，但性能相对较低；交换机具有更高的性能和更灵活的配置能力，但支持的协议和功能相对较少。

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%。

交换机的三层概念和四层技术网络设备都对应工作在OSI模型的一定层次上，工作的层次越高，说明其设备的技术性更高，性能也越好，档次也就越高。

根据工作的协议层，交换机可分二层交换机、三层交换机和四层交换机。

1.二层交换机二层交换机是最早的交换技术产品，由于它所负担的工作相对简单，处于交换网络的数据链路层，所以只需提供基本的二层数据转发功能即可。

二层交换机一般只应用于网络的接入层次。

目前桌面型交换机一般都属于这一类型。

二层交换机能够识别数据包中的MAC地址信息，然后根据MAC地址进行数据包的转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在内部的地址列表中。

2.三层交换机三层交换技术又称为多层交换技术、IP交换技术等，三层交换技术在网络层实现了数据包的高速转发。

它检查数据包信息，并根据网络层目标地址（IP地址）转发数据包。

三层交换机实际上是将传统交换机与路由器结合起来的网络设备，它既可以完成传统交换机的端口交换功能，又可完成部分路由功能。

当网络规模较大时，可以根据特殊应用需求划分为小的独立的VLAN网段，以减小广播风暴所造成的影响。

通常这类交换机采用模块化结构，以适应灵活配置的需要。

在实际应用中，各个VLAN之间采用三层交换技术互相通信。

它解决了局域网中网段划分之后，各网段必须依赖第三层路由设备进行管理的局面，解决了路由器传输速率低、结构复杂所造成的网络瓶颈问题。

3.四层交换机四层交换机工作于OSI参考模型的第四层，即传输层。

四层交换机在决定传输时不仅仅依据MAC地址（数据链路层信息）或源/目标IP地址（网络层信息），它可以直接面对网络中的具体应用，通过分析数据包中的TCP/UDP（传输层信息）应用端口号，四层交换机可以做出向何处转发数据流的智能决定。

四层交换机在工作中会为支持不同应用的服务器组设立虚拟IP地址，并且在网络的域名服务器（DNS）中并不存储应用服务器的真实地址，而是每项应用的服务器组所对应的虚拟IP地址。

LAN交换机有很多值得学习的地方，这里我们主要介绍LAN多层交换技术及应用的发展，在过去短短的几年里，网络发生了根本性的变化：网桥已经退出了历史的舞台，在LAN网中共享式以太网越来越少。

人们对于网络的要求导致了新一代网络的诞生和发展，其中交换技术可以说是新的网络时代的核心。

交换技术具备强大的寻址能力和出色的稳定性，为需要高带宽的应用程序提供了解决办法，同时也解决了网络智能化问题，它极大地促进了网络的发展。

毫无疑问，LAN交换技术已经成为一项重要的技术，并在今天广泛的流行起来。

LAN交换技术概述在LAN网中使用交换的目的是为了提高网络的性能，减少网络的阻塞，同时，交换技术能够加快数据的移动速度，极大地降低了传统以太网中由于采用CSMA/CD协议而产生冲突的可能性，因而在一定程度上消除了网络的瓶颈。

LAN交换机的内在功能类似于网桥，通过跟踪每一个端口发来的帧的源地址，检查帧的目的地址来选择路由。

LAN交换机每一端口能够存储的地址数量决定了它支持的工作站和支持拥有许多工作站的局域网段的能力。

若交换机每一端口只能支持一个地址，它相当于端口交换设备；若每一端口支持多个地址，它相当于段交换设备。

除了按交换方法外，LAN交换机还可以分为“直接通过”和“存储转发”。

直接通过技术就是在LAN交换机读到帧的目的地址后，直接在源端口和目的端口之间进行交叉连接。

这种交换具有最小的延时和等待时间。

相应地，存储转发交换把全部的帧存在存储器里，并对帧进行差错控制，若对某一帧的循环冗余校验不符，则丢弃该帧。

存储转发技术需要将帧从低速局域网中移到高速局域网中，因为必须将全部的帧存储起来，所以这种交换方法必然带来较小程度的时延。

另外，LAN交换机还能同时支持FDDI、快速以太网、令牌环网、以太网和ATM（从严格意义上讲，ATM 不完全属于第二层），可以更进一步提高带宽，提高交换机的吞吐量，这些支持多协议的LAN交换机能够将来自一种第二层网络的数据传输到另一种网络中。

多层交换机堆叠技术介绍多层交换机堆叠技术是在网络架构中常用的一种解决方案，用于提高交换机性能和可靠性。

本文将介绍多层交换机堆叠技术的基本原理、优势以及应用场景。

一、多层交换机堆叠技术的基本原理多层交换机堆叠技术是通过将多个物理交换机逻辑上连接在一起，形成一个逻辑上的单一设备，从而提供更高的性能和扩展能力。

这种逻辑上的连接通过专用的堆叠电缆来实现，将交换机之间的数据传输直接在硬件层面上完成，避免了通过网络进行数据传输的性能损失。

在堆叠技术中，一个交换机被指定为主交换机，而其他交换机则作为成员交换机连接到主交换机上。

主交换机负责管理整个堆叠系统，并提供集中控制和管理功能。

通过堆叠技术，多个交换机可以实现统一的配置和管理，简化了网络运维的工作。

二、多层交换机堆叠技术的优势1. 提高性能：多层交换机堆叠技术将多个交换机组合成一个逻辑设备，共享交换矩阵和其他硬件资源。

这样可以实现更高的交换容量和吞吐量，提供更快的数据传输速率和响应时间。

2. 提高可靠性：堆叠技术可以实现冗余备份，即使其中一个交换机发生故障，整个堆叠系统仍然可以正常运行。

当故障交换机恢复后，它会自动重新加入堆叠系统，并恢复正常的工作状态，不会对网络造成中断。

3. 简化管理和配置：通过多层交换机堆叠技术，可以实现集中化的配置和管理。

管理员只需要在主交换机上进行配置和管理操作，就可以同时应用到整个堆叠系统中的所有成员交换机，大大简化了网络运维的工作。

4. 灵活的扩展能力：堆叠技术可以方便地扩展网络规模。

当需要增加更多的交换机时，只需将新交换机连接到堆叠系统中，系统会自动识别和集成新设备，并扩展整个堆叠系统的交换容量和性能。

三、多层交换机堆叠技术的应用场景1. 数据中心网络：在大型数据中心网络中，要求高性能和高可靠性的同时，对网络可管理性和灵活性也有较高要求。

多层交换机堆叠技术可以满足这些需求，提供高容量、高可靠性和灵活的网络设计方案。

2. 企业网络：企业网络通常需要支持大量的用户和应用，并且对网络性能和可靠性有较高的要求。

入门知识三层交换机基本特点三层交换机是一种网络设备，用于在计算机网络中实现数据包转发和路由功能。

其主要特点包括以下几个方面：1.多层转发：三层交换机不仅能够进行二层的帧转发，还能够实现三层的数据包交换和路由转发。

它能够根据网络层的IP地址来进行数据包的选择性转发，提供更高级别的网络分割和管理功能。

2.路由功能：三层交换机内置路由器功能，能够实现不同网段之间的数据包路由转发。

它能够根据IP地址和路由表对数据包进行判断和转发，实现不同网络之间的互通。

3.VLAN支持：三层交换机支持虚拟局域网（VLAN）的划分和配置。

VLAN可以将不同的物理端口划分为不同的逻辑网络，实现逻辑上的网络隔离和更灵活的网络管理。

4.安全性强：三层交换机提供了更高级别的访问控制功能。

它可以根据源IP地址、目的IP地址、协议、端口等信息进行访问控制列表（ACL）的配置，从而实现对网络资源的访问控制和安全策略的实施。

5.管理简便：三层交换机通常具有图形化的用户界面和命令行接口，方便管理员进行配置和管理。

同时，它还支持网络管理协议如SNMP等，可以配合网络管理系统实现对设备的集中管理和监控。

6.高性能：三层交换机通常具有更高的转发速度和更大的转发容量，能够满足大规模网络的需求。

它采用硬件进行数据包转发，具有更低的转发延迟和更高的吞吐量。

7.冗余和可靠性：三层交换机支持冗余配置和链路聚合技术，能够提供更高的网络可靠性和冗余容错性。

它可以通过配置VRRP（虚拟路由冗余协议）和HSRP（热备份路由协议）等实现冗余路由器的自动切换，确保系统的稳定性和可靠性。

总的来说，三层交换机具有多层转发、路由功能、VLAN支持、安全性强、管理简便、高性能、冗余和可靠性等特点。

这些特点使得三层交换机成为构建复杂网络架构和提供高级网络服务的重要设备。