二层网络结构与三层网络结构的分析
数据中心的网络拓扑与架构设计
数据中心的网络拓扑与架构设计近年来，随着数字化时代的来临，数据中心的重要性日益凸显。
无论是大型企业还是个人用户，都需要稳定高效的数据中心网络来支持其业务和应用。
而网络拓扑与架构设计是构建高可靠性、高可用性和高性能数据中心网络的关键。
本文将探讨数据中心网络拓扑与架构设计的原则和常见的部署方案。
一、网络拓扑的选择网络拓扑是指数据中心网络中各设备之间的连接方式和结构。
合理选择网络拓扑可以提高数据中心的可靠性和性能。
常见的数据中心网络拓扑包括三层结构、二层结构和超融合结构。
1. 三层结构三层结构网络拓扑是指将数据中心网络划分为核心层、汇聚层和接入层。
核心层负责数据中心内部和外部网络的互联，汇聚层负责将各个接入层交换机连接到核心层，接入层则面向服务器和终端设备。
这种拓扑结构适用于大规模数据中心，具有较高的可扩展性和冗余性。
2. 二层结构二层结构网络拓扑是指将数据中心网络划分为核心层和接入层，核心层和接入层之间直接相连，不设置汇聚层。
这种拓扑结构适用于规模较小的数据中心，设计简单，成本较低，但可扩展性和冗余性相对较低。
3. 超融合结构超融合结构网络拓扑是指将计算、存储和网络等资源集成到一台服务器中，通过虚拟化技术实现资源的共享和管理。
这种拓扑结构适用于对资源利用率要求较高的数据中心，能够提供更高的性能和可扩展性。
二、架构设计的原则数据中心的架构设计应遵循以下原则：可靠性、可用性、可扩展性和性能。
1. 可靠性可靠性是指数据中心网络在面对硬件故障或其他异常情况时能够保持稳定运行。
为了提高可靠性，可以采用冗余设备和路径、实现快速故障检测和切换、以及应用容错机制等。
2. 可用性可用性是指数据中心网络能够随时保持可用状态，不受计划或非计划的停机时间影响。
为了提高可用性，可以采用设备热备份、应用负载均衡、故障隔离和多路径等技术手段。
3. 可扩展性可扩展性是指数据中心网络能够根据业务需求方便地扩展。
在架构设计中，应考虑网络设备和带宽的扩展性，以及实现灵活的网络配置和管理。
《局域网交换技术》项目1-2.2层次结构分析
按功能划分 核心 汇聚 接入
1.三层网络架构
三层网络架构采用层次化模型设计，即将复杂的网络设计分成三个层次 （核心层+汇聚层+接入层），每个层次着重于某些特定的功能。
核心层
核心层：高速交换主干连接
汇聚层：提供基于策略的连接
汇聚层
接入层
接入层：将各种用户接入网络
三层结构组网-案例
核心层+汇聚层+接入层
某学院校园网拓扑图
核心层 汇聚层 接入层
2.二层组网结构
是不是所有网络都需要 采用三层架构呢？
核心 层
规模为中小型的局域网 一般采用二层组网结构
核心层+接入层
接入 层
二层结构组网-案例
核心层+接入层
Internet
路由器
核心层
服务器 WS-C2960S-F24TS-S 交换机
接入层
IE-3010-24TC 工业交换机
CISCO 核心交换机
Cisco POE供交换机 Cisco无线AC
某机床厂
第三机床厂网络拓扑图
Cisco无线AP
拓展：扁平化组网结构
传统校园网
（三层结构）
用户接入控制、 策略一般都部署 在校园网的接入、 汇聚交换机上， 接入网的整体成 本高、维护复杂，
升级困难
极简化校园网
（扁平化结构)
核心交换机做为 整网的统一网关， 统一安全策略、 统一无线控制等 功能。全网管理 “一台”设备，简
局域网交换技术
项目1 局域网规划设计
（2）层次结构分析
学习目标
。熟悉典型的网络层次结构 。能清楚各层次的作用 。能根据企业需求合理选择层次
层次结构的含义
网络规划与设计
网络规划与设计1、接入光缆网在结构层次上分为二层结构和三层结构。
二层结构分为主干层和配线层，三层结构分为主干层、配线层和引入层，并以局端机楼为中心组成多个相对独立的网络。
其中：主干光缆以环型结构为主；配线光缆结构分为星型、树型和环型三种;引入光缆主要采用星型和树型结构，对于特别重要的用户,可以采用双归方式组网。
2、主干光节点与端局、主干光节点之间的光缆定义为主干光缆。
主干光缆的结构应以环型为主，树型为辅。
如外部条件允许，也可以采用双归到不同的局端机楼的方式组网.3、接入主干光缆主要采用环型不递减配纤（配线光缆主要采用树型递减配纤）4、FTTH网络整体建设成本有两部分构成：局房建设成本（含配套设施)和光缆建设成本。
对于条件一定的规划区来讲，理论上会存在一个最优的OLT布局方案，可使整体的建设成本最低。
但在实际规划中，影响局端机楼和配线光节点选择的外部因素千变万化,应具体情况具体分析，才能从中选择出最优的规划方案。
5、ODN的网络架构一般以树形为主，采用一级或二级分光方式，总体原则建议如下：(1)。
ODN的网络建设应在综合分析用户发展数量、地域和时间的基础上,选择不同的组网模式、光缆网的结构和路由及其配纤数量以及建筑方式等.（2）.对于用户密度较高且相对比较集中的区域宜采用一级分光方式;对于用户密度不高且比较分散、覆盖范围较大的区域宜采用二级分光方式，同时对管道等基础资源比较缺乏的区域也宜采用二级分光方式。
（3)。
覆盖公客和一般商业客户的光缆线路宜采用树形结构递减方式；接入商务楼宇或专线等对可靠性要求较高的用户应采用环形或总线形结构无递减方式。
(4）.光分路器的级联不应超过二级，级联后总的光分路比不得大于PON系统最大光分路比的要求。
(5)。
光分路比应综合考虑ODN的传输距离、PON系统内带宽分配来进行选择。
选择最优化的光分路器组合方式和合适的安装位置.（6）.入户光缆一般采用星形结构敷设入户，一般客户宜按每户1芯配置，对于重要用户或有特殊需求的客户可按每户2芯配置。
云数据中心网络架构之传统经典三层网络架构的全面剖析
04
三层网络架构的未来发展和挑战
三层网络架构的未来发展趋势
演进到软件定义网络（SDN）
• 随着云计算和网络技术的不断发展，三层网络架构正在向软件定义网络（SDN）演进。SDN将网络控制功能和转 发功能分离，通过开放的可编程接口实现网络的灵活管理和控制。
全面云化
• 随着云计算的普及，三层网络架构将逐渐实现全面云化，包括虚拟化、自动化和云化部署等，以更好地适应云数据 中心的需求。
基本概念介绍
• 三层网络架构是一种经典的网络架构，通常包括接入层、汇聚层和核心层三个层次。其中，接入层负责连接终端设 备，汇聚层负责将接入层的数据汇总并转发到核心层，核心层则负责高速转发数据。
三层网络架构的原理和实现方式
• 三层网络架构的实现方式主要是通过将网络划分为不同的层次，每 个层次上不同的设备之间通过相应的协议进行通信。接入层设备通常 采用以太网技术，通过交换机连接终端设备。汇聚层设备通常采用路 由器或交换机，通过路由表或路由协议将数据从一个层次转发到另一 个层次。核心层设备通常采用高速交换机或路由器，负责高速转发数 据。
• 接入层负责连接大量的终端设备，具有低成 本、高性能的特点；汇聚层负责将接入层的数 据进行汇总和转发；核心层则负责整个网络的 高速数据传输。
• 三层网络架构包括接入层、汇聚层和核心层 ，各层之间采用高速交换机进行连接，实现数 据的快速传输和转发。
• 三层网络架构具有易于管理、扩展性好的优 点，但也存在一些问题，如网络结构僵硬、无 法灵活适应新的业务需求等。
三层网络架构的未来发展展望
• 随着云计算和大数据技术的不断发展，三
1
层网络架构已经无法满足云数据中心的高效 运营需求。
• 未来，三层网络架构将朝着扁平化、大二
从搜索效率看二层网络与三层网络的本质区别
０ 引 言
台计算机 需要联 网 ， 在二 层网络 中 ， 网设 备全 部为全 双工交 联
设每个 交换 机有 ２ 端 口（０ 普 通 口 ， 个 上联 口） 则 ｌ ２个 １ ， 对 于交换机和 路 由器的 区别 ， 向有不少 网络工作 者进行 换机 ， 一 １０ ６ 台计算机共 需要 ９ 台交换机 ， 中８台是第一层 ， 台在 第二 其 １ 研 究和 阐述 。研 究者大多数从 回路控制 、 负载集 中、 广播控 制 、 子网划分等方 面对 二者进行 了比较 ， 或者从介质相关 、 保密 问 题、 硬件接 口方面进 行讨 论 。但 这些探 讨都未 能从二 者对于 地 址搜索次数 的效 率方面进行 考察 ， 而这却是二层和 三层 网络 的重要区别 ， 本文 将对其进行详细研究 比较 。 二层 网络 以交 换机为主要 互联设备 ， 对计算机 的地址搜索 是 以 ＭＡ Ｃ地址表为依 据的 ， 其搜 索次数 的数 据很大 ， 只能用于 层， 采取 级联 式结构。其网络结构如图 ｌ 示。 所
合 作为 交换设备 ， 中路 由器 以路 由表 为搜 索依 据 ， 广播域进行 了分割 ， 其 将 综合搜 索次数大大 降低 ， 而使 大型 网络 的地 从 址搜 索时间减 少到 可接 受的 范围。本文通过 详细 的分析 ， 比较 了以交换机为主 的二层 网络和 以路 由器为主的三层 网络
之 搜 索差 别 。 而 揭 示 二 层 网络 和 三 层 网络 的本 质 差 别 。 从 关 键 词 ：交 换 机 ；路 由 器 ；二 层 网络 ；三 层 网络 ；搜 索 效 率
ｎ ｍ ｂ ｒ ｆ ｓ ａｃ ｎ ｔ ｅ ．Ｔｈ ｔｒｅ ｌｙ ｒ ｅ ｏｋ ｕ ｅ ｏ ｅ ｒｈｉｇ ｉ ｓ ｍ ｅ ｈ ｅ －ａ ｅ ｎ ｔ ｒ ｕｓｓ ｏ ｔｒ ｎ ｓ ｔｈ ｏ ｅｈｅ．Ｔｈ ｒｕｅ ｓ ｌ ｓ ｈ ｂｒ ｄ ａｔ ｗ ｅ ｒ ｕｅ ａ ｄ ｗｉｃ ｔ ｇ ｔ ｒ ｅ ｏ ｔｒ ｐｉ ｔｅ ｔ ｏａ ｃ ｓ ｄｏ ａｎ ｎ ｍ ｉ ａ ｄ ｓａ ｃ ｅ ｅ ｎｅ ｏ ｋ ｂ ｓ ｄ ０３ ｒｕｔ ｇ ｔｂｌ， Ｓ ｔ ａ ｔｅ ｏ ａ ｎ ｍ ｂ ｒ ｆ ｓ ａｃ ｉ ｇ ｉ ｓ ｒ ｒｄ ｃ ｄ ｏ ｎ ａ ｃ ｐａ ｅ ａ ｇ ．Ｔｈ ｅ ｒｈ ｓ ｔ ｔ ｒ ｓ ａｅ １ ｏ ｉ ａ ｅ Ｏ ｈ ｔ ｈ ｔｔｌ ｕ ｅ ｏ ｅ ｒｈ ｎ ｔｍｅ ａｅ ｅ ｕ ｅ ｔ ａ ｈ ｗ ＿ ｎ ｃ ｅ ｔｂｌ ｒｎ ｅ ｅ
二、三层网络设备到底怎么分？
二层、三层网络设备到底怎么定义？这个问题困恼我很长时间，后来在组一个大型的局域网的时候忽然就恍然大悟，原来啊~就一点，按用途来分！这个话是在网络规划时候用的，如果有人拿一个机器给你看问你说这个是二层还是三层，这个是设备本身的，和在网络中的二层三层没多大关系。
所以说，现在通常在说的二层、三层设备~指的的是设备本身单独意义上的区分定义，简单来说就是脱离了实际应用情况的单独定义。
大家看明白上面那段话就后再来看问题就能马上反映过来要怎么区分了。
先来说说粗略的区分办法后面在来结合设备在网络中的应用实际情况区分。
简单区分办法：1.价格三层贵，二层便宜。
99%的普通三层都比普通二层贵，而且还不是贵那么一点点，差的多了，普通的二层。
普通二层再贵几千块顶天了。
但是三层就是就完全是另一个世界的价格了，最低小几千，最贵大几十万都是满大街的报价的。
所以说要是你看到一个交换机要是上几万块，没错~就是三层货无误。
2.个头和外观个头上大部分常见的三层大，二层小。
外观上三层都会比二层酷炫一点，至少看着会上档次一点。
没办法，价格摆在那，不搞的高大上一点说不过去啊。
二层的货一个人抱几台拿走，三层货几个人抗一台腿脚都哆嗦。
所以说你看到一个又大又肥的大家伙，那玩意可是实打实的三层货。
现在来说说在实际应用中的区分方法：1.设备性能既然说到三层、二层设备那肯定有三层网络和二层网络，三层网络用三层设备，二层网络用二层设备。
对，没错，就是这样来看。
当然，你要是有钱也可以把三层东西放到二层去用，但是二层的东西就没办法在三层上接起来，接起来也没用，二层就是没那功能，白搭啊，就像单单说硬件性能上三层交换机既有三层路由的功能，又具有二层交换的网络速度。
这么以来价格上贵就有道理了。
2.设备功能三层网络层一般还有别的叫法，如：核心层、汇聚层、接入层、骨干网、城域骨干网......等等。
但凡出现在这个层面上的功能设备都是三层设备，三层设备都是在整个网络结构中起到中流砥柱的作用，骨干网这种网络路径和节点一定要用到三层设备的，大家都知道或者听说广播风暴这个东西吧，假如在骨干网或者城域骨干网中不使用三层设备，说白了就是不使用三层交换机而且还是要好一点的，不使用三层交换机的情况下就是整个网络成千上万台的计算机都在一个子网中，安全问题先不说，仅仅因为无法分割广播域而无法隔离广播风暴这个问题就能让整个网络被蹂躏几百次了，这个就是vlan的作用。
OSI参考模型七层结构及各层的作用
OSI参考模型七层结构及各层的作用OSI参考模型是开放系统互联参考模型（Open Systems Interconnection Reference Model）的缩写，是国际标准化组织（ISO）在 1977 年提出的一种网络通信架构。
它将计算机网络通信过程划分为七个层次，每个层次都有其独特的功能和作用。
下面将详细介绍每个层次的作用：第一层：物理层（Physical Layer）物理层是网络通信的最底层，负责控制电子信号（比特流）在物理媒介中的传输。
其主要功能包括：数据的传输与接收、提供硬件接口、传输媒介的选择及物理拓扑的建立等。
第二层：数据链路层（Data Link Layer）数据链路层负责将传输介质上的比特流组织成数据块（帧），并提供数据块的可靠传输，以及错误检测和纠正。
其主要功能包括：帧的封装和解封装、数据的流控制、错误检测和纠正等。
第三层：网络层（Network Layer）网络层是负责在网络上进行数据包的传输和路由选择。
其主要功能包括：数据包的传输、路由选择、数据包的分段和重组、流量控制和拥塞控制等。
第四层：传输层（Transport Layer）传输层是负责端到端的数据传输，为应用程序提供可靠的数据传输服务。
其主要功能包括：建立、管理和终止端到端的连接、数据的分段和重组、数据的流量控制和拥塞控制等。
第五层：会话层（Session Layer）会话层负责建立和终止应用程序之间的通信会话，并提供数据注销和恢复、数据加密和解密等功能。
其主要功能包括：会话的建立、管理和终止、数据的同步和校验、数据的加密和解密等。
第六层：表示层（Presentation Layer）表示层负责数据的格式转换、压缩和加密，以及提供数据的安全性和可靠性。
其主要功能包括：数据的格式化和转换、数据的压缩和加密、数据的校验和恢复等。
第七层：应用层（Application Layer）应用层是最上层的层次，与用户直接交互，为用户提供网络服务和资源。
三层网络架构要点及设计方案
三层网络架构要点及设计方案罗柳斌一、柳工现有二层网络架构柳工现有信息系统全面覆盖了企业的产品开发、供应链管理、生产制造和销售服务四大方面主体活动，成为柳工生产活动中重要的支撑。
目前柳工信息网是一个大型的二层网络架构：1、核心区域：两台Cisco4506作为整个网络的核心，分别负责厂区网络、研究院网络、数据中心、互联网和异地事业部广域网的接入；2、园区区域：所有部门及下属公司的计算机都划分在几个业务VLAN内，使用Cisco2960和2950交换机作为接入层设备；3、异地事业部：租用不同运营商线路接入至数据中心机房的Cisco3550交换机上；4、服务器区域：使用6台Cisco2960G作为接入，使用双链路上联核心交换机；5、互联网区域：3条不同运营商的线路汇聚到一台Cisco2960上。
外部SSL-VPN用户通过互联网链路接入深信服VPN设备直接拨入到内网。
内部访问互联网则通过ISA防火墙后从三个互联网出口出去。
二、层网二络向三层网络转变的必要性2.1网络拓扑柳工目前网络是一个以二层局域网交换为主的网络，缺少必要的三层路由规划和网络安全规划。
现有网络架构不能满足应用系统未来的需求，不足以支撑未来业务的发展。
同时，缺乏汇聚交换机和光纤链路资源，使得大量的接入交换机采用级联的方式实现上联。
这样容易导致链路不稳定和链路带宽得不到保障。
因此需要优化网络拓扑，合理选择汇聚节点，变二层网络为更加稳定的三层网络。
2.2明确网络各功能区域网络系统需要按功能进行区分：如广域网、生产网、研发网络和数据中心等。
柳工现有的网络结构不具备真正的广域网、数据中心、研发网络和生产网络等功能划分。
因此需要明确网络各功能区域，实现分级分域安全防护。
2.3 IP地址/VLAN规划柳工目前使用一个B类地址和若干个C类地址，网络中进行了有限的VLAN划分。
但由于VLAN 规划不细致，造成广播域过大，给网络的稳定运行带来了隐患。
柳工未来的IP地址分配建议采用DHCP动态分配辅助静态部署。
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前沿
在大型企业中，局域网中的结构选择至关重要。
我们应该选择二层结构，还是三层结构？主要是根据企业的特点，比如说，在某企业中，一栋大楼总共12层，每层不只是一个部门，各部门之间一般不能互相访问。
各部门访问公司内网的权限也不同；各部门之间的安全级别要求也不同，……。
另一方面，根据是根据工程实施的难易，以及影响用户的波及范围，时间长短来判断。
一结构描述
1 采用二层结构，核心层采用两台S9512交换机，接入层为各楼层交换机S7506和服务器区接入交换机S7506R，无汇聚层。
VLAN划分方式以办公机构为单位进行VLAN划分，各VLAN的路由网关采用VRRP技术，分别设于两核心交换机上S9512上，其中S9512-1作为master，
S9512-2作为backup，采取主备工作方式。
两台S9512之间通过四条千兆光纤进行捆绑的TRUNK互联，透传全部VLAN，实现链路的负载分担与备份。
接入交换机双链路上联至核心交换机，之间通过TRUNK口互联，互联口只透传接入交换机上包含的VLAN和管理VLAN，减少广播报文的传播。
逻辑图如下所示：
2 采用三层结构。
核心层采用两台S9512交换机，各楼层交换机S7506既作为接入层交换机，又要充当汇聚层交换机；VLAN划分方式以各楼层配线间为单位进行VLAN划分，每个配线间一个VLAN，各VLAN的路由网关设置在该配线间对应的S7506上；楼层交换机双链路上联至核心交换机，之间通过OSPF非等值路由实现冗余备份。
逻辑图如下：
二结构分析
1 网络结构
二层：保持现有二层结构，符合网络扁平化设计原则。
三层：采用具有核心层、汇聚层、接入层的三层结构，网络结构较为清晰，便于以后扩展。
2VLAN划分
二层：以现有部门为单位划分
三层：以楼层配线间为单位划分。
3访问控制
二层：各行政部门独立划分，业务分离，内部便于访问控制；不改变现有访问方式，可以继续使用网上邻居、网上共享等应用。
三层：各行政部门未必在同一楼层，使得同一行政部门的主机被划分在不同VLAN，无法使用网上邻居、网上共享等应用；同一楼层的所有行政部门同处一个VLAN，
如果某一部门存在特殊应用限制其它部门访问，由于大家处在一个VLAN，地址段相同，无法进行策略控制。
4网络可靠性
二层：接入层交换机双上联至核心交换机，采用VRRP技术构成主备线路，提高系统可靠性。
三层：接入层交换机双上联至核心交换机，通过设置osfp cost值构成主备线路，提高系统可靠性。
5负载分担
二层：所有三层交换任务均由核心层完成，增加了核心层负载；接入层交换机只当二层使用，性能不能得到充分发挥。
三层：三层网关分散到各区域S7506上，降低了核心层压力，同时也使所有设备的性能都能够得到发挥。
6链路震荡时间
二层：接入交换机与核心交换机之间采用STP协议，STP收敛速度慢，震荡时间长。
三层：接入交换机与核心交换机之间采用OSPF协议，OSPF协议收敛速度快，震荡时间短。
7路由跳数
二层：三层网关直接设置在核心交换机上，减少了三层互访的路由跳数。
三层：三层网关设置在楼层交换机上，使得三层互访的路由跳数相应地增加了一跳，降低了访问速度。
8病毒感染范围
二层：广播风暴限制在同一部门内；一旦某个VLAN出现病毒攻击，含有该VLAN 的交换机不止一台，给故障定位造成了一定的困难，同时会对核心交换机造成影响。
三层：广播风暴限制在配线间内；病毒定位准确，一旦出现病毒攻击，可以迅速找到该VLAN所在交换机（因为这个VLAN不会出现在其它交换机上），同时不会对核心交换机造成影响。
9可管理性
二层：管理工作比较麻烦，一旦有用户变更，要配置相应的交换机端口。
或者是跳线。
三层：管理工作方便，设备新增或者变更只需将线缆插在对应的交换机上即可，不必考虑端口配置。
四结论
对于原有的二层结构的局域网，我们可以根据情况来判断其改造情况，一般通过二层结构来处理现有网络。
对于公司各部门容易物理位置容易变动的企业，采用二层结构更适合管理和故障的判断。
如果是新型大楼部署局域网，且各部门物理位置变动比较小，并且频率比较低的公司，那最好应用三层结构，这样便于管理和易于更多相应功能实现。