第8章三层交换技术及应用实验
三层交换技术的原理及应用
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。
三层交换技术
8/27
传统的MLS2-1
❖ 3层转发过程中要重新封装2层
▪ 三层交换机上，第3层引擎处理数据流的第一个包
以太帧头 IP包头 数据
CCRRCC
以太帧头 IP包头 数据
CRC
ARP请求与响 应
VLAN 1
VLAN 2
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传统的MLS2-2
▪ 转发信息库（FIB） ▪ 邻接关系表
10.10.10.2/32 VLAN 1 10.20.20.2/32 VLAN 2
00061BE393660016C72E9700 000C295E17430016C72E9700
FIB表 ①②主交机换A机给查B发找 送邻单接播关数系据表包
邻接关系表
③转发
主机B 10.20.20.2/24 000c.295e.1743
f0/1-10
f0/24 f0/24
Vlan 2 192.168.2.0/24
Vlan 3
SW-2L
192.168.3.0/24
f0/16-23
f0/11-15
192.168.3.156
192.168.2.156
16/27
三层交换机实现VLAN互通3-2
❖ 在配置2层3交层换交机换上机配置启V动L路A由N功、能Trunk
18/27
在三层交换机上配置路由2-1
❖ 需求描述
▪ 配置路由实现内网访问路由器及其外网
f0/23
10.1.1.1/30
Vlan 1：192.168.1.1/24 Vlan 2：192.168.2.1/24 Vlan 3：192.168.3.1/24
192.168.1.156 Vlan 1
三层交换技术实训总结
三层交换技术实训总结一、引言在计算机网络中，交换技术是实现数据传输的重要手段之一。
而三层交换技术作为一种高级的交换技术，能够提供更快速、更高效的数据传输方式。
本文将对三层交换技术的实训进行总结，包括实验目的、实验过程、实验结果以及个人感悟等方面。
二、实验目的本次实训的主要目的是通过搭建三层交换网络，掌握三层交换技术的原理和操作方法，进一步提升对计算机网络的理解和实践能力。
具体实验目标如下：1.了解三层交换技术的基本概念和特点；2.掌握三层交换机的配置和管理方法；3.实现三层交换机之间的互联和数据转发；4.测试并验证三层交换机的性能和稳定性。
三、实验过程1.实验环境准备在实验开始前，我们需要准备好实验所需的硬件和软件环境。
硬件方面，需要准备三台支持三层交换技术的交换机；软件方面，需要安装适当的网络管理软件，如Cisco的IOS等。
2.搭建实验网络按照实验设计要求，我们需要将三台交换机连接起来，形成一个三层交换网络。
通过连接网线将三台交换机的各个接口连接起来，并确保连接的可靠性和正确性。
3.配置交换机通过终端连接到交换机上，使用命令行界面或图形界面进行交换机的配置。
首先，设置交换机的基本信息，如主机名、IP地址等；然后，配置交换机的VLAN和端口；最后，配置交换机之间的路由和转发规则。
4.测试和验证在完成交换机的配置后，我们需要进行相应的测试和验证工作。
可以通过发送ping包、traceroute等命令测试交换机之间的连通性；还可以通过发送大量的数据包测试交换机的性能和稳定性。
四、实验结果经过一系列的配置和测试，我们成功搭建了一个三层交换网络，并且进行了相应的测试和验证。
实验结果表明，三层交换技术能够提供更快速、更高效的数据传输方式，能够更好地满足网络通信的需求。
实验还验证了交换机之间的连通性和稳定性，结果良好。
五、个人感悟通过本次实训，我对三层交换技术有了更深入的理解。
三层交换技术不仅能够提供更高效的数据传输方式，还能够实现网络的分割和隔离，提高网络的可靠性和安全性。
三层交换技术-
任务、配置三层交换机SVI实现VLAN之间通信一、情境描述假设你是某公司的网络管理员，你们公司有三个部门：生产部（scb）、财务部（cwb）、销售部（xsb），三个部门分别属于VLAN10、VLAN20、VLAN30，随着生产部网络不断扩大，三个部门网络跨越了多个交换机，要使财务部、生产部和销售部都能相互通信，需要在三层交换机上配置SVI（VLAN 虚接口）技术。
二、知识储备1．利用三层交换机实现VLAN间通信原理三层交换机是将第二层交换机和第三层路由器两者的优势有机而智能化地结合起来，可在各个层次提供线速性能三层交换机内，分别设置了交换机模块和路由器模块；而内置的路由模块与交换模块类似，也使用ASIC硬件处理路由。
因此，与传统的路由器相比，可以实现高速路由。
并且，路由与交换模块是汇聚链接的，由于是内部连接，可以确保相当大的带宽。
用三层交换机的路由功能来实现VLAN间的通信如图3-20所示。
图3-20 三层交换机实现VLAN间通信2．配置VLAN Trunk（Tag VLAN）步骤交换机上的端口缺省工作在第二层模式，一个二层端口缺省模式为Access模式，如果要让该端口属于所有VLAN（默认），必须把该端口配置为Trunk模式。
（1）Switch#configure terminal !进入全局配置模式（2）Switch(config)#interface vlan vlan-id !进入SVI接口配置模式（3）Switch(config-if)#ip address ip-address submask !给VLAN的SVI接口配置IP地址，这些IP地址将作为各个VLAN内主机的网关，并且以直连方式出现在三层交换机路由表中（4）Switch(config-if)#no shutdown !将该接口激活启用（5）Switch#show running-config ! 进入特权模式查看配置是否正确（6）Switch#show ip route !进入特权模式查看直连网段是否出现在路由表中三、任务实施1．思科模拟实验环境（使用思科模拟软件Packet Tracer5.2）【实验目的】：掌握通过三层交换机实现VLAN间通信。
三层互通实践教学(3篇)
第1篇摘要：随着我国信息化建设的不断推进，网络技术在各行各业中的应用日益广泛。
三层互通作为网络通信领域的一种重要技术，对于提升网络性能、保证数据传输安全具有重要意义。
本文通过对三层互通实践教学的分析，探讨了其在教学过程中的实施方法、关键技术和应用前景。
一、引言三层互通，即网络层、数据链路层和物理层的互通，是现代网络通信技术的重要组成部分。
在网络通信过程中，三层互通能够实现数据在不同层次之间的有效传输，保证网络的高效、稳定运行。
因此，三层互通实践教学在计算机网络专业教育中占据重要地位。
本文将从教学实施、关键技术、应用前景三个方面对三层互通实践教学进行探讨。
二、三层互通实践教学实施方法1. 课程设置在计算机网络专业课程体系中，应将三层互通作为一门核心课程，设置在本科二年级或研究生一年级。
课程内容应涵盖网络层、数据链路层和物理层的基本原理、关键技术、设备配置及故障排除等。
2. 教学模式（1）理论教学：通过课堂讲授、案例分析等方式，使学生掌握三层互通的基本理论和方法。
（2）实验教学：结合实际网络设备，开展网络搭建、配置、调试和故障排除等实验，提高学生的实践能力。
（3）项目教学：引导学生参与实际网络项目，如校园网、企业网等，实现理论与实践相结合。
3. 教学评价（1）课堂表现：考察学生对理论知识的掌握程度。
（2）实验报告：评估学生在实验过程中的操作能力和问题解决能力。
（3）项目成果：根据学生在项目中的表现，评价其实践能力和团队合作精神。
三、三层互通关键技术1. 网络层技术（1）IP地址规划：合理规划IP地址，确保网络设备之间的互联互通。
（2）路由协议：掌握静态路由和动态路由协议，实现路由信息的有效传递。
（3）网络地址转换（NAT）：解决内网IP地址与公网IP地址之间的转换问题。
2. 数据链路层技术（1）以太网技术：了解以太网的工作原理、帧格式、MAC地址等。
（2）VLAN技术：实现网络隔离，提高网络安全性。
第3层交换多层交换
查看路由表 选择路由
Cache没命中 存到Cache Cache命中 数据 分组
安全访问检查
流量统计任务
输出后继 数据分组
处理结果
输出后继 数据分组
NetFlow Cache
NetFlow Cache
NetFlow 输出
Cisco的Tag Switching（WAN）
将二层交换技术和三层路由技术有机地结合起 来，可以大大提高三层数据报的处理速度。
第三层交换技术
学习内容：
第三层交换技术的概念 典型的第三层交换技术的解决方案
典型的第三层交换技术的解决方案
基于核心模型的解决方案
核心路由器 核心路由器
基于边缘的多层混合交换模型的解决方案
边缘路由器 边缘路由器 核心路由器 边缘路由器 边缘路由器
按照目的网络划分网络数据流 在核心路由器的本地根据路由表的每条路径生成标记，标记 是一个很短的长度固定的标号。 路由表被TIB表替代
Tag=333 MAC=XXX （入站端口的MAC） 查找
进站标记 Tag=111 Tag=333
转发信息 端口3 Tag=888 端口4 MAC=YYY (下行路由的 MAC地址)
IP 层上的互联网
HA1 从 HA1 到 HA3 MAC 帧 HA3 HA4 HA5 HA6 从 HA6 到 HA2 MAC 帧 HA2
从 HA4 到 HA5 MAC 帧
3Com的Fire交换
使用ASIC（Application-Specific Integrate Circuit，专用集 成电路）技术，将路由器的大部分功能用硬件实现
MPLS 的基本工作过程
三层交换技术原理及应用
三层交换技术原理及应用摘要三层交换是路由功能和二层交换的技术集成，基于三层交换的VLAN 划分使网络以子网内的线速交换和子网间的线速路由来达到线速通信。
本文从三层交换技术的产生、工作原理、实现与应用以及从数据交换技术发展趋势等方面详细地论述了三层交换技术。
关键词三层交换；路由；虚拟局域网Layer 3 Switching Technology Principle and ApplicatioWANG Yu1,ZHOU Wu-qiang21.Luoyang Institute of Science and echnoIogy,Luoyang 4710032.Luoyang Institute of Science and echnoIogy,Luoyang 471003Abstract Layer 3 switching is integrated by the layer 2 switching and routing technology, base on layer 3 switching to configure VLAN,the transfer speed will be improved by the wire-speed switching in a VLAN-subnet and the wire-speed routing between VLAN-subnets. This article from the layer 3 switching technical generation, working principle, application and realization from the data exchange technology development trend are discussed in detail layer 3 switching technology.Keywords Layer 3 Switching；Route；VLAN0 引言在信息化高速发展的今天，网络的应用越来越普及，网络的性能和传输速率都得到了非常大的提高，设备功能越来越强大，网络正朝着虚拟化、高速化和大型化的方向发展，早期的路由器和交换机网络模式已经不能满足日益增长的子网间通信需求，更难实现多媒体通信所要求的低延迟量的稳定性，将企业局域网络模型转变为三层交换+虚拟局域网模式是信息化发展必然的趋势。
三层交换实验实验报告
三层交换实验实验报告一、实验目的本次三层交换实验的主要目的是深入理解三层交换技术的工作原理和应用场景，掌握三层交换机的配置方法和功能实现，通过实际操作和实验验证，提高对网络层交换技术的理解和应用能力。
二、实验环境1、硬件设备：三层交换机：型号为_____，数量为_____台。
二层交换机：型号为_____，数量为_____台。
计算机：数量为_____台。
2、软件工具：网络模拟软件：＿____操作系统：＿____3、网络拓扑结构：本次实验采用了以下网络拓扑结构：（此处插入网络拓扑图，并对图中的设备和连接进行简要说明）三、实验原理1、三层交换技术三层交换技术是将二层交换技术和三层路由技术结合起来的一种网络技术。
它在二层交换的基础上，通过识别数据包中的 IP 地址信息，实现了不同 VLAN 之间的通信，从而提高了网络的性能和灵活性。
2、 VLAN 技术VLAN（Virtual Local Area Network）即虚拟局域网，是将一个物理的局域网在逻辑上划分成多个不同的广播域。
通过 VLAN 技术，可以有效地控制广播风暴，提高网络的安全性和管理效率。
3、 IP 路由技术IP 路由是指根据数据包中的 IP 地址信息，将数据包从源地址转发到目的地址的过程。
在三层交换中，路由功能是通过软件或硬件实现的。
四、实验步骤1、设备连接与初始化按照网络拓扑结构，将三层交换机、二层交换机和计算机通过网线连接起来，并给所有设备上电。
对三层交换机和二层交换机进行初始化配置，包括设置设备名称、管理 IP 地址等。
2、 VLAN 划分在二层交换机上创建不同的 VLAN，并将相应的端口划分到不同的VLAN 中。
例如，创建 VLAN 10、VLAN 20，将端口 1-10 划分到VLAN 10，将端口 11-20 划分到 VLAN 20。
3、三层交换机配置创建 VLAN 接口：在三层交换机上为每个 VLAN 创建相应的VLAN 接口，并配置 IP 地址。
三层交换技术实训总结
三层交换技术实训总结三层交换技术实训总结三层交换技术是一种网络交换机架构,通过三层交换技术,网络设备可以在不同的层面进行数据交换和转发,提高了网络的效率和可靠性。
在进行三层交换技术实训时,我们可以通过以下步骤进行总结和拓展。
一、实训目的三层交换技术实训旨在通过实际操作学习三层交换技术的基本原理和实现方法,掌握三层交换技术的相关技能和知识。
二、实训设备三层交换技术实训需要使用一台三层交换机和一台路由器。
三层交换机负责数据层的交换和转发,路由器负责数据包的转发和路由选择。
实训中,我们使用了华为的三层交换机和路由器。
三、实训步骤1.配置三层交换机在实训中,我们需要先配置三层交换机。
配置三层交换机的内容包括设置交换机的参数、配置端口规则、设置安全策略等。
在配置三层交换机时,需要注意交换机的参数设置是否合理,以确保网络的稳定性和可靠性。
2.配置路由器在配置路由器时,我们需要设置路由器的参数、配置端口规则、设置安全策略等。
配置路由器时需要注意路由器的参数设置是否合理,以确保网络的效率和可靠性。
3.测试网络在实训中,我们需要测试三层交换机和路由器的功能和性能。
测试的内容包括测试网络的连通性、测试数据层的交换和转发、测试网络的路由选择等。
测试时需要注意测试的参数设置是否合理,以确保测试结果的准确性。
四、实训总结通过三层交换技术实训,我们可以掌握三层交换技术的基本原理和实现方法,了解三层交换机和路由器的参数设置和功能。
在实训中,我们需要注意配置三层交换机和路由器的参数设置,以确保网络的效率和可靠性。
此外,我们还需要注意测试网络的连通性和性能,以确保网络的正常运行。
五、拓展三层交换技术实训还可以拓展到以下方面:1. 安全性:三层交换机和路由器都需要保证网络的安全性。
在配置三层交换机和路由器时,需要注意安全性的设置,以确保网络的安全性。
2. 性能优化:三层交换机和路由器都需要进行性能优化。
在配置三层交换机和路由器时,需要注意性能优化的设置,以确保网络的性能和稳定性。
三层交换实验报告
三层交换实验报告三层交换实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过搭建一个三层交换网络，探究其在数据传输中的优势和应用场景。
通过实验，我们将深入了解三层交换的工作原理、配置方法以及网络性能的提升。
二、实验环境本次实验所使用的设备包括三层交换机、路由器和PC机。
三层交换机采用了Cisco的Catalyst系列，路由器采用了Cisco的ISR系列。
PC机作为终端设备，用于发送和接收数据。
三、实验过程1. 配置三层交换机首先，我们需要在三层交换机上进行基本配置。
通过命令行界面，我们可以设置交换机的IP地址、子网掩码和默认网关。
这样，交换机就能够与其他设备进行通信。
2. 配置路由器接下来，我们需要在路由器上进行配置。
通过命令行界面，我们可以设置路由器的IP地址、子网掩码和默认网关。
此外，我们还需要配置路由表，以便路由器能够正确地转发数据包。
3. 连接设备在完成配置后，我们需要将三层交换机、路由器和PC机进行连接。
通过使用网线将它们连接起来，我们可以建立一个局域网。
在局域网中，三层交换机负责交换数据包，路由器负责转发数据包，PC机作为终端设备进行数据的发送和接收。
4. 测试网络性能在搭建好网络之后，我们可以进行性能测试。
通过发送大量的数据包，我们可以测试网络的吞吐量和延迟。
三层交换机的优势在于它能够根据目的IP地址来转发数据包，从而提高网络的传输效率。
而传统的二层交换机只能根据MAC 地址来转发数据包，效率较低。
四、实验结果经过测试，我们发现三层交换机在数据传输中的确具有一定的优势。
相比于传统的二层交换机，三层交换机能够更快地转发数据包，从而提高了网络的传输效率。
此外，三层交换机还支持更多的网络协议，可以满足更多的应用需求。
五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了三层交换的工作原理和配置方法。
三层交换机在现代网络中扮演着重要的角色，它能够提高网络的传输效率和性能。
在实际应用中，我们可以将三层交换机应用于大型企业网络、数据中心等场景，以满足高速、大容量的数据传输需求。
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第三节
路由器与交换机
交换机工作于数据链路层，路由器工作于 网络层。 交换机连接的网络对于IP地址来说都属于同 一个网，虽然它们的带宽加宽了，但仍属 于同一个广播网；而路由器能隔离广播域。
第三层交换
集二层交换和三层路由于一体 硬件维护路由表，实现线速转发；用优化、高效的软件实现路 由功能；除了必要的路由决定过程外，大部分数据转发过程由 第二层交换处理；
交换机根据目标MAC 地址查自己的端口地址 表，决定把报文发向主 机B所在的端口，进而 将报文传送到主机B。
从此，主机A发向主机B的报文将不再需 要路由器提供路由帮助，而直接通过交换 完成。
第三层交换的目标是：只要在源地址和目 的地址之间有一条更为直接的第二层通路 ，就没有必要经过路由器转发数据包。第 三层交换使用第三层路由协议确定传送路 径，此路径可以只用一次，也可以存储起 来，供以后使用。之后数据包通过一条虚 电路绕过路由器快速发送。
主要内容
以太网交换技术概述 基于二层交换机+路由器实现VLAN 间通
信过程
三层交换技术
第一节
冲突域 广播域
LAN=
H H
B
H H
路由器
第二节
网络拓扑结构
VLAN1
Trunk
VLAN1 VLAN3 VLAN2 VLAN3 VLAN2
主机间帧的传送过程
1.帧从站点A传送到交换机
主机间帧的传送过程
流交换技isco系统公司开发 这种技术为每一个目标网络、子网或 主机分配一个标号或标记。 IETF 已将标记交换重新定义为多协议 标记交换（MPLS）。
标记交换工作过程
2.交换机将该帧首部加上VLAN10标记，将该 帧发送到路由器
主机间帧的传送过程
3.路由器封装该帧，修改帧头传送回交换机
主机间帧的传送过程
4.交换机接收到该帧，读取VLAN标记和目 标MAC地址，将该帧发送到站点B。
缺点:
帧必须在路由器和交换机之间的中继线 （Trunk）上来回传输2次。要根据它的路 由表做出路由方案，延迟大。 三层交换技术赋予交换机采用与路由器相同 的方式来更改帧头的能力。但不必在路由表 中查找目标地址，也不用在Trunk上两次传 送帧，从而大大加快了传送效率。
1.交换机记忆流中第一个帧
通过对流中第一个报文的分析完成路由处理
流交换工作过程
2.识别流
流交换工作过程
3.更改帧头
流交换技术实现
NHRP（Next Hop Resolution Protocol, NHRP）下一跳解析协议
RFC1735 “路由一次，随后交换”。 3COM公司的FastIP技术就采用了NHRP。
NHRP工作过程
1.A向缺省路由器发送一个 NHRP请求（包括A的MAC地 址和B的IP地址） 。 2.路由器把这个NHRP转发给 B。 3.B则回送一个NHRP响应 （包括B的MAC地址和A 的 MAC地址）。 4.这个响应通过一个不经过路 由器的交换路径返回A。 5.在A 和B间就建立起了一条 交换路径，双方就可以不经 过路由器直接进行数据交换 了。
主机A发送查询主 机B的MAC地址的 ARP请求
路由器检查安全策略允许主机 A前往主机B的网段，就查路 由器自己的ARP表，找到主机 B的MAC地址，并拿主机B的 MAC地址应答主机A。（而不 是拿自己的MAC地址应答）
第三层交换
主机A将收到路由器告知的 主机B的MAC存入自己的 ARP表，然后用主机B的 MAC作为目标地址封装帧 报头，将报文发向交换机
报文到报文的交换（PxP）
对每一个报文进行路由处理，并基于第三 层地址转发所有报文。 内置了高速的ASIC芯片。ASIC芯片内置的 帧处理机可完成大量的网络层功能。
流交换（FS）
用第一个报文的特征来标识一个流，这个 流可使其余的报文走第二层路径，而不用 进入第三层处理。
流交换工作过程