三层交换机工作原理及特点
二层交换机三层交换机和路由器的基本工作原理和三者之间的主要区别
二层交换机三层交换机和路由器的基本工作原理和三者之间的主要区别一、二层交换机的工作原理：二层交换机主要工作在OSI模型的第二层，即数据链路层。
它通过学习和转发MAC地址来实现数据的转发和交换。
具体来说，二层交换机在接收到一个数据包时，会查看该数据包中的目标MAC地址，并根据这个地址决定将数据包转发到哪个端口。
当目标MAC地址不在交换机的MAC地址表中时，交换机会广播该数据包到所有其他端口，以便获取目标地址对应端口的MAC地址，并将其保存到MAC地址表中。
当下次再收到到达同一目标地址的数据包时，交换机就会直接将其转发到相应的端口，提高了数据传输的效率。
二、三层交换机的工作原理：三层交换机在二层交换机的基础上增加了路由功能，它能够根据IP 地址对数据进行转发。
三层交换机工作在OSI模型的第三层（网络层）。
在接收到一个数据包时，三层交换机会查看该数据包中的目标IP地址，并通过内置的路由表来判断将数据包转发到哪个端口。
如果目标地址不在路由表中，三层交换机会将数据包广播到所有其他端口，以便获取下一条跳转路径的信息。
当下次再收到到达同一目标地址的数据包时，三层交换机会直接根据路由表将其转发到相应的端口。
三、路由器的工作原理：路由器是连接不同网络的设备，主要工作在OSI模型的第三层（网络层）。
路由器通过查看数据包中的目标IP地址，并与自己的路由表进行匹配，来决定将数据包转发到哪个网络。
路由器还可以根据网络状况和路由协议进行动态路由的调整，以保证数据包能够通过最佳路径进行传输。
主要区别：1.工作层次差异：二层交换机主要工作在数据链路层，通过学习和转发MAC地址实现数据转发；三层交换机在二层交换机的基础上增加路由功能，能够根据IP地址对数据进行转发；而路由器工作在网络层，通过查看数据包中的目标IP地址并与路由表匹配决定转发路径。
三者在工作层次上存在差异。
2.转发决策依据不同：二层交换机和三层交换机的转发决策是根据MAC地址或者IP地址，在查询相应的表项后进行的，而路由器的转发决策则是根据路由表进行的。
阐述第三层交换机原理及其使用技巧
阐述第三层交换机原理及其使用技巧下面讲解下第三层交换机的使用技巧和工作原理，第三层交换机吸取了第一、二层的优点，可以减少了信号在网络发生碰撞，而且交换机上的所有端口均有独享的信道带宽。
RIP路由器要求在每个广播周期内，都能收到邻近路由器的路由信息，如果不能收到，路由器将会放弃这条路由：如果在90秒内没有收到，路由器将用其它邻近的具有相同跳跃次数（HOP）的路由取代这条路由；如果在180秒内没有收到，该邻近的路由器被认为不可达。
RIP将路由器分为两种类型，一种是主动的，一种是被动的。
主动路由器既可以发送自己的路由表，也可以接受邻近路由器的路由表。
被动路由器只能接受邻近路由器的路由表。
一旦启动了RIP协议的某个端口学到了一条路由，它将保留这条路由，直到学到更好的路由。
一旦有端口广播说某条路由失败了，其它收到这条消息的端口都应该对通过RIP获得的路由信息做过时处理。
一条路由如果在180秒内没有对外广播路由信息的话，该路由将会被认为是无效。
此外，当接口启动RIP时，它通过和其直接相连的接口建立路由表。
在和邻近路由器交换路由信息。
建立一个稳定的最优化的路由表的过程中，有可能出现信息回路。
一旦路由器收到了以自己作为中间跳转的路由，肯定出现了信息回路。
例如：R2有一条通往RA的路由，它把这条路由广播给了R1，但是，在R1给R2的路由信息中也有到RA的路由，而且是以R2作为转跳路由器，这时就出现了信息回路。
水平分割技术可以避免这种信息回路的产生。
5、自动发现功能：有些第三层交换机具有自动发现功能，该功能可以减少配置的复杂性。
第三层交换机可以通过监视数据流来学习路由信息，通过对端口入站数据包的分析，第三层交换机能自动的发现和产生一个广播域、VLAN、IP子网和更新他们的成员。
自动发现功能在不改变任何配置的情况下，提高网络的性能。
第三层交换机启动后就自动具有IP包的路由功能，它检查所有的入站数据包来学习子网和工作站的地址，它自动地发送路由信息给邻近的路由器和三层交换机，转发数据包。
三层交换机与路由器区别在哪里？
三层交换机与路由器区别在哪里？很多朋友问到, 路由器与三层交换机有什么区别？这是个好问题, 今天我们一起来了解下。
一、交换机的工作原理当交换机收到数据时, 它会检查它的目的MAC地址, 然后把数据从目的主机所在的接口转发出去。
交换机之所以能实现这一功能, 是因为交换机内部有一个MAC地址表, MAC地址表记录了网络中所有MAC 地址与该交换机各端口的对应信息。
某一数据帧需要转发时, 交换机根据该数据帧的目的MAC地址来查找MAC地址表, 从而得到该地址对应的端口, 即知道具有该MAC地址的设备是连接在交换机的哪个端口上, 然后交换机把数据帧从该端口转发出去。
1.交换机根据收到数据帧中的源MAC地址建立该地址同交换机端口的映射, 并将其写入MAC地址表中。
2.交换机将数据帧中的目的MAC地址同已建立的MAC地址表进行比较, 以决定由哪个端口进行转发。
3.如数据帧中的目的MAC地址不在MAC地址表中, 则向所有端口转发。
这一过程称为泛洪（flood）。
4.广播帧和组播帧向所有的端口转发。
例: 某网络如图1所示。
图1 交换机地址表表1端口/MAC地址映射表假设主机pc1向主机pc7发送一个数据帧, 该数据帧被送到交换机后, 交换机首先查MAC地址表, 发现主机pc7连接在E0/24接口上, 就将数据帧从E0/24接口转发出去。
交换机的三个基本功能1.学习以太网交换机了解每一端口相连设备的MAC地址, 并将地址同相应的端口映射起来存放在交换机缓存中的MAC地址表中.2.转发/过滤当一个数据帧的目的地址在MAC地址表中有映射时, 它被转发到连接目的节点的端口而不是所有端口（如该数据帧为广播/组播帧则转发至所有端口)3.消除回路当交换机包括一个冗余回路时, 以太网交换机通过生成树协议避免回路的产生, 同时允许存在后备路径。
二、二、三层交换机对比1.二层交换技术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。
三层交换机实现vlan间通信工作原理
三层交换机实现vlan间通信工作原理
三层交换机实现VLAN间通信的工作原理如下：
1. 利用三层交换机的路由功能，通过识别数据包的IP地址，查找路由表进行选路转发。
2. 三层交换机给接口配置IP地址，采用SVI（交换虚拟接口）的方式实现VLAN间互连。
SVI是指为交换机中的VLAN创建虚拟接口，并且配置IP 地址。
3. 三层交换机通过直连路由实现不同VLAN之间的互相访问。
为三层设备的接口配置IP地址，并且激活该端口，三层设备会自动产生该接口IP所在网段的直连路由信息。
4. 在交换网络中，通过VLAN对一个物理网络进行了逻辑划分，不同的VLAN之间是无法直接访问的，必须通过三层的路由设备进行连接。
一般利用路由器或三层交换机来实现不同VLAN之间的互相访问。
以上是三层交换机实现vlan间通信的工作原理，仅供参考，建议咨询专业人士获取更多信息。
入门知识：三层交换机基本特点
入门知识：三层交换机基本特点在概述部分中，我们给出了三层交换机的基本特点综述，主要有下列特点：1、二层交换和三层互通2、实现三层精确匹配查询3、专门针对局域网，特别是以太网进行了优化4、引入了一些在二层交换机和三层路由器上都不存在的特性5、实现了初步的BAS功能一般来说，只要能做到第一点，就可以称为三层交换机了，但目前大多数流行的三层交换机都不局限于第一点，而是实现了上述的大部分功能。
因此，为了更好的理解三层交换机，接下来我们对上述特点进行详细讲述。
2.1 二层交换和三层互通三层交换机首先是一个交换机，即完成二层交换功能。
在以太网上，跟普通的二层交换机一样，三层交换机也维护一张用于二层交换的地址表（通常称为CAM 表），该表是MAC地址与出接口的对应关系。
这样每当接收到一个以太网数据帧，三层交换机判断如果该数据帧不是发送给自己的（这个概念很重要，至于三层交换机怎么判断，在下面的讲述中会详细说明），则根据数据帧的目的MAC 地址查询CAM表，如果能命中（所谓命中，就是在CAM表中找到与该MAC地址对应的转发项），则根据查询的结果，通常是一个出接口列表，来进行转发。
如果不能命中，则向所有端口广播该数据帧。
交换机的这张CAM表可以通过多种方式获得，比如静态配置，动态学习，针对多播还可以通过各种多播协议，比如IGMP窥探，GMRP协议等方式获得（注意，多播转发表不能通过学习获得，而且多播转发项跟普通转发项不同的是，跟其对应的出口可能不止一个，而是一个出口集合，如果想详细了解多播的一些基础概念，请参考前面的专题资料）。
但对于单播，最重要的一种建立方式是学习。
当交换机接收到一个数据帧，提取出该数据帧的目的MAC地址，并依此为根据进行CAM表查询，如果能查找到结果，则根据结果进行数据帧的转发，如果不能命中，则（向除接收端口外的）所有端口进行复制。
在进行数据转发的同时，交换机还进行一个学习的过程，交换机把数据帧的源MAC地址提取出来，查询CAM 表，看CAM表中是否有针对该MAC地址的转发项，如果没有，则把该MAC地址和接收到该MAC地址的端口绑定起来，插入CAM表项，这样当接收到一个发送到该MAC地址的数据帧时，就不需要向所有端口广播，而仅仅向这一个端口发送即可。
三层交换的原理及概念
三层交换概念和原理关键词：交换机4, ASIC2, IP2简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。
它解决了局域网中网段划分之后，网段中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。
什么是三层交换三层交换（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，三层交换技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。
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。
三层交换原理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叠加在局域网交换机上。
其原理是：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，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。
若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。
若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A要向“缺省网关”发出ARP(地址解析)封包，而“缺省网关”的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。
当发送站A对“缺省网关”的IP 地址广播出一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC 地址，则向发送站A回复B的MAC地址。
否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。
从这以后，当A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。
3层交换技术详解
三层交换机工作原理三层交换机要执行三层信息的硬件交换，路由处理器（三层引擎）必须将有关路由选择等的三层信息下载到硬件中,以便对数据包进行处理。
为完成在硬件中处理数据包的高层信息，会使用传统的MLS(MultiLayer Switching,多层交换)和基于CEF(cisco Express Forwarding)的MLS。
CEF是比传统MLS更高级的东西，思科目前的新型交换产品都默认使用基于CEF的MLS了，所以实际上原有的一次路由，多次转发3层交换技术已经开始在渐渐被淘汰了，但搞清楚MLS原理还是有必要的。
另外，网上流传的“一次路由，多次转发”是通过ARP将接收数据的客户机MAC通告给发送数据的客户机，这个说法其实是错误的，不管怎么说发送数据的PC都只知道3层交换的网关MAC，也就是说一次路由，多次转发其后的交换过程，3层交换机仍然是要修改数据包的2层MAC地址的，而不是发送数据的PC在发送数据时就封装上接收PC的目的MAC！即便是CEF也要进行第2层的MAC地址重新封装。
传统的MLS---路由缓存MLS（第一代MLS）使用传统的MLS时，交换机将流中第一个数据包转发给第三层引擎，后者以软件交换的方式对数据包进行过处理，对数据流中的第一个包进行路由处理后，第三层引擎对硬件交换组织进行编程，使之为后续的数据包选择路由。
这个过程被称为“一次路由多次交换”,也就是说，交换机的三层引擎之需要处理数据流中的第一个数据包，而后续的数据全部由硬件来执行转发。
这样实现了三层交换的线速转发。
别名：NetflowLAN交换，基于流的交换，按需交换，“一次路由，多次交换”传统的MLS由以下三个部分组成：1.多层路由处理器（MLS-RP：Multilayer Switching-Route Processor）它相当于网络中的路由器，负责处理每个数据流的第一个数据包，协助MLS交换引擎（MLS-SE）在第三层的CAM （Content-Addressable Memory）中建立捷径条目（Shortcut Entry）。
3层交换机的数据转发原理
3层交换机的数据转发原理3层交换机的数据转发原理什么是3层交换机3层交换机是一种网络设备，用于在计算机网络中转发数据包。
它可以在网络层进行数据包的转发和路由选择，实现不同子网之间的通信。
数据转发的基本原理1.数据包的封装和解封装：当源主机发送数据时，操作系统将数据分割成一系列的数据包，并为每个数据包添加源IP地址、目的IP地址等信息。
这个过程称为封装。
在目的主机收到数据包时，操作系统会根据目的IP地址解封装数据包，还原出原始数据。
2.数据包的转发：3层交换机通过查看数据包的目的IP地址，决定将其转发到哪个接口。
它会维护一张转发表，记录目的IP地址与接口的对应关系。
当收到一个数据包时，它会查表找到对应的接口，并将数据包发送到该接口。
3层交换机的转发过程1.数据包的接收：3层交换机通过网络接口接收到来自源主机的数据包。
2.查找目的IP地址：3层交换机会查看数据包的目的IP地址，以确定是否有与之对应的接口。
3.查表转发：3层交换机会查询转发表，找到与目的IP地址对应的接口。
如果找到了对应接口的记录，则将数据包发送到该接口；如果没有找到记录，则将数据包广播到所有接口。
4.数据包的转发：3层交换机将数据包转发到对应接口，并将源和目的IP地址信息更新为交换机接口的MAC地址。
5.数据包的接收：目的主机接收到数据包，根据目的IP地址解封装数据包，还原出原始数据。
3层交换机的优势1.路由选择能力：3层交换机可以根据IP地址进行路由选择，实现不同子网之间的互联和通信。
2.提高网络性能：相较于2层交换机，3层交换机具有更高的转发速度和转发能力，可以处理更多的数据流量。
3.网络隔离：通过3层交换机的路由选择功能，可以将不同的子网隔离开来，提高网络安全性和灵活性。
小结3层交换机是一种在网络层进行数据转发的网络设备。
它通过查看数据包的目的IP地址，并根据转发表进行转发，实现不同子网之间的互联和通信。
3层交换机具有路由选择能力、提高网络性能和实现网络隔离的优势。
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三层交换机
三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。
对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。
应用背景
出于安全和管理方便的考虑，主要是为了减小广播风暴的危害，必须把大型局域网按功能或地域等因素划成一个个小的局域网，这就使VLAN技术在网络中得以大量应用，而各个不同VLAN间的通信都要经过路由器来完成转发，随着网间互访的不断增加。
单纯使用路由器来实现网间访问，不但由于端口数量有限，而且路由速度较慢，从而限制了网络的规模和访问速度。
基于这种情况三层交换机便应运而生，三层交换机是为IP设计的，接口类型简单，拥有很强二层包处理能力，非常适用于大型局域网内的数据路由与交换，它既可以工作在协议第三层替代或部分完成传统路由器的功能，同时又具有几乎第二层交换的速度，且价格相对便宜些。
在企业网和教学网中，一般会将三层交换机用在网络的核心层，用三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或VLAN。
不过应清醒认识到三层交换机出现最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具备的路由功能也多是围绕这一目的而展开的，所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。
毕竟在安全、协议支持等方面还有许多欠缺，并不能完全取代路由器工作。
在实际应用过程中，典型的做法是：处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLAN间的路由，用三层交换机来代替路由器，而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域的网络访问时，才通过专业路由器。
三层交换机工作原理
三层交换技术就是二层交换技术＋三层转发技术。
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，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。
应用第三层交换技术即可实现网络路由的功能，又可以根据不同的网络状况做到最优的网络性能。
为什么使用三层交换机？
1、网络骨干少不了三层交换
要说三层交换机在诸多网络设备中的作用，用“中流砥柱”形容并不为过。
在校园网、城域教育网中，从骨干网、城域网骨干、汇聚层都有三层交换机的用武之地，尤其是核心骨干网一定要用三层交换机，否则整个网络成千上万台的计算机都在一个子网中，不仅毫无安全可言，也会因为无法分割广播域而无法隔离广播风暴。
如果采用传统的路由器，虽然可以隔离广播，但是性能又得不到保障。
而三层交换机的性能非常高，既有三层路由的功能，又具有二层交换的网络速度。
二层交换是基于MAC寻址，三层交换则是转发基于第三层地址的业务流；除了必要的路由决定过程外，大部分数据转发过程由二层交换处理，提高了数据包转发的效率。
三层交换机通过使用硬件交换机构实现了IP的路由功能，其优化的路由软件使得路由过程效率提高，解决了传统路由器软件路由的速度问题。
因此可以说，三层交换机具有“路由器的功能、交换机的性能”。
2、连接子网少不了三层交换
同一网络上的计算机如果超过一定数量（通常在200台左右，视通信协议而定），就很可能会因为网络上大量的广播而导致网络传输效率低下。
为了避免在大型交换机上进行广播所引起的广播风暴，可将其进一步划分为多个虚拟网（VLAN）。
但是这样做将导致一个问题：VLAN之间的通信必须通过路由器来实现。
但是传统路由器也难以胜任VLAN之间的通信任务，因为相对于局域网的网络流量来说，传统的普通路由器的路由能力太弱。
而且千兆级路由器的价格也是非常难以接受的。
如果使用三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或VLAN，就在保持性能的前提下，经济地解决了子网划分之后子网之间必须依赖路由器进行通信的问题，因此三层交换机是连接子网的理想设备。
使用三层交换机的好处：
除了优秀的性能之外，三层交换机还具有一些传统的二层交换机没有的特性，这些特性可以给校园网和城域教育网的建设带来许多好处，列举如下。
1、高可扩充性
三层交换机在连接多个子网时，子网只是与第三层交换模块建立逻辑连接，不像传统外接路由器那样需要增加端口，从而保护了用户对校园网、城域教育网的投资。
并满足学校3~5年网络应用快速增长的需要。
2、高性价比
三层交换机具有连接大型网络的能力，功能基本上可以取代某些传统路由器，但是价格却接近二层交换机。
现在一台百兆三层交换机的价格只有几万元，与高端的二层交换机的价格差不多。
3、内置安全机制
三层交换机可以与普通路由器一样，具有访问列表的功能，可以实现不同VLAN间的单向或双向通讯。
如果在访问列表中进行设置，可以限制用户访问特定的IP地址，这样学校就可以禁止学生访问不健康的站点。
访问列表不仅可以用于禁止内部用户访问某些站点，也可以用于防止校园网、城域教育网外部的非法用户访问校园网、城域教育网内部的网络资源，从而提高网络的安全。
4、适合多媒体传输
教育网经常需要传输多媒体信息，这是教育网的一个特色。
三层交换机具有QoS（服务质量）的控制功能，可以给不同的应用程序分配不同的带宽。
例如，在校园网、城域教育网中传输视频流时，就可以专门为视频传输预留一定量的专用带宽，相当于在网络中开辟了专用通道，其他的应用程序不能占用这些预留的带宽，因此能够保证视频流传输的稳定性。
而普通的二层交换机就没有这种特性，因此在传输视频数据时，就会出现视频忽快忽慢的抖动现象。
另外，视频点播（VOD）也是教育网中经常使用的业务。
但是由于有些视频点播系统使用广播来传输，而广播包是不能实现跨网段的，这样VOD就不能实现跨网段进行；如果采用单播形式实现VOD，虽然可以实现跨网段，但是支持的同时连接数就非常少，一般几十个连接就占用了全部带宽。
而三层交换机具有组播功能，VOD的数据包以组播的形式发向各个子网，既实现了跨网段传输，又保证了VOD的性能。
5、计费功能
在高校校园网及有些地区的城域教育网中，很可能有计费的需求，因为三层交换机可以识别数据包中的IP地址信息，因此可以统计网络中计算机的数据流量，可以按流量计费，也可以统计计算机连接在网络上的时间，按时间进行计费。
而普通的二层交换机就难以同时做到这两点。