三层交换机架构及描述
3层交换机介绍
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VLA N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。
三层交换机的原理
三层交换机的原理
三层交换机是一种能够同时实现二层和三层交换功能的网络设备。
其原理如下：
1. 硬件结构：三层交换机通常具有多个物理端口，用于与其他设备连接，包括服务器、路由器和其他交换机。
它还包含一个中央处理单元（CPU）、缓存和路由引擎，用于实现转发和路由功能。
2. 二层交换功能：三层交换机具备与普通交换机相同的二层交换功能，能够通过学习MAC地址表，实现帧的转发。
当收到一个帧时，它会检查帧的目的MAC 地址，并查找一个适当的端口将帧转发给下一个设备。
3. 三层路由功能：三层交换机还包含路由引擎，可以实现三层路由功能。
当收到一个IP数据包时，三层交换机会检查其目的IP地址，并使用路由表确定下一跳的目的地。
它可以使用静态路由或动态路由协议（如OSPF、RIP等）来构建并维护路由表。
4. VLAN功能：三层交换机可以将端口划分为不同的虚拟局域网（VLAN），实现网络分割和隔离。
它可以在不同的VLAN之间进行路由，从而实现数据包的跨VLAN转发。
5. 安全性功能：三层交换机可以实现访问控制列表（ACL）、端口安全等安全性功能，用于限制或过滤特定类型的流量。
总的来说，三层交换机通过结合二层交换和三层路由的功能，提供了更灵活和高效的网络转发和路由功能。
它们可以在企业、数据中心等多种网络环境中使用，以提供更高的性能和更好的网络管理。
三层交换机基本配置
详细描述
三层交换机的主要功能包括路由，即根据IP地址或网络 层协议（如IPX或AppleTalk）将数据包从一个网络接口 转发到另一个网络接口。此外，它还可以实现访问控制 列表（ACL），这是一种安全功能，用于过滤和限制对 网络资源的访问。另外，三层交换机还可以在不同的 VLAN（虚拟局域网）之间进行路由，这对于大型企业 网络尤其重要，因为它们通常需要将不同的部门或用户 组划分为不同的VLAN。
详细描述
通过配置流量控制，可以限制网络中 数据包的流量，防止网络拥堵和数据 丢失。常见的流量控制技术包括基于 端口的流量控制和基于IP的流量控制。
端口汇聚配置
总结词
实现端口汇聚，提高网络带宽和可靠性
详细描述
端口汇聚可以将多个物理端口绑定为一个逻辑端口，从而提高网络带宽和可靠性。通过配置端口汇聚 ，可以实现负载均衡、备份和故障恢复等功能。
2. 创建ACL规则，指定允许或拒绝的IP地址和端口号。
详细描述：通过定义访问控制规则，ACL可以限制网络 流量，只允许符合规则的数据包通过交换机，从而保护 网络免受恶意攻击和非法访问。 1. 进入交换机的配置模式。
3. 将ACL应用到相应的接口上，以过滤进出的网络流量 。
IP源防护（IP Source Guard）配置
总结词：IP Source Guard用于防止IP地址欺骗攻击， 确保网络的安全性。
配置步骤
详细描述：IP Source Guard可以防止非法用户通过伪 造IP地址来攻击网络，通过绑定IP地址和MAC地址， 确保只有合法的用户能够通过交换机访问网络。
1. 进入交换机的配置模式。
2. 启用IP Source Guard功能。
动态路由配置（RIP）
总结词
三层交换机原理解析
三层交换机原理解析1.硬件结构：三层交换机通常由交换芯片、路由芯片和控制芯片组成。
交换芯片负责局部网络内的数据包转发，路由芯片负责不同网络之间的路由选择和转发，控制芯片实现管理和控制功能。
2.数据包的转发：当三层交换机收到一个数据包时，会首先进行数据包解析，提取出源地址和目的地址等信息。
然后，交换芯片会根据目的地址查询自己的转发表，并将数据包转发给相应的端口。
如果目的地址不在转发表中，交换芯片会将数据包转发给路由芯片进行进一步转发。
3.转发表的更新：为了实现数据包的快速转发，交换芯片会维护一个转发表。
该转发表记录了不同设备的MAC地址和相应的端口信息。
通常，转发表会通过链路层的协议（如ARP）来获得和更新设备的MAC地址。
当网络中的设备进行通信时，交换芯片会根据转发表来决定转发路径。
4.路由选择：当数据包需要跨越不同网络时，交换芯片会将数据包转发给路由芯片进行路由选择。
路由芯片通过学习网络拓扑和掌握网络的路由信息，来选择最佳的路由路径，并且将数据包转发到合适的出口端口。
5.VLAN划分：三层交换机支持虚拟局域网（VLAN）的划分。
VLAN的划分可以将一个物理网络划分成多个逻辑上的子网，不同的子网可以根据需要进行独立的管理和配置。
VLAN的划分可以提高网络的安全性和性能。
6.数据包过滤：三层交换机可以通过过滤规则对数据包进行过滤。
过滤规则可以根据源地址、目的地址、协议类型等条件进行设置，从而实现对网络中的数据包进行控制和管理。
7.流量控制：三层交换机支持流量控制功能，可以根据网络的负载情况和带宽情况来控制端口的传输速率。
通过流量控制，可以防止网络拥塞和丢包现象的发生，从而提高网络的性能和稳定性。
总结起来，三层交换机通过硬件实现了路由和交换功能，并且支持VLAN划分、数据包过滤和流量控制等功能。
它可以在局部网络中快速转发数据包，并且能够跨越不同网络进行路由选择和转发，从而提高了网络的性能和可靠性。
三层交换机
2．流交换
在流交换中，第一个报文被分析以确定其是否 标识一个“流”或者一组具有相同源地址或目的地 址的报文。流交换节省了检查每一个报文要花费的 处理时间。同一流中的后续报文则基于第二层的目 的地址被交换。流交换需要两个技巧。第一个技巧 是要识别第一个报文的一个特征标识流，这个流可 以使其余报文走捷径，即第二层路径；第二个技巧 是一旦建立通过网络的路径，就让流足够长以便利 用捷径的优点。怎样检测流、识别属于特定流的报 文，以及建立通过网络的流通路径随各厂商实现机 制的不同而不同。目前出现了多种流交换技术，如 3COM公司的快速IP、Cisco的多协议标记交换 （MPLS）等。
这种结构中，路由器不仅仅是连接的中心点， 还是网络的瓶颈。为了解决这个问题，可以在主干 部分增加一个三层交换机，如图1-20所示
图1-19 路由器作为主干结点的网络结构
图1-20 添加三层交换机后的网络结构
1.2 三层交换机的主要技术
1．报文到报文交换
报文到报文交换技术遵循这样一个过程，报文 进入体系结构的第一层即物理接口，然后在第二层 接受目的MAC检查，若能在第二层交换则进行第二 层交换，否则进入第三层，在第三层，报文要经过 路径确定、地址解析和某些特殊服务。处理完毕后 报文已更新，确定合适的输出端口后，报文通过第 一层传送到物理介质上。传统路由器是一种典型的 符合第三层报文到报文交换技术的设备，它完全基 于软件的工作机制所产生的固有缺陷已被现代基于 硬件的三层交换技术所克服。
出于安全和管理方便等方面的考虑，VLAN技术 在网络中大量应用，不同VLAN间的通信要经过路 由器转发，当局域网中数据流量很大时，路由器就 成为了网络的瓶颈。
为了解决局域网的这个瓶颈问题，很多单位（如 企业内部、学校和小区）建设局域网时都采用了三 层交换机。三层交换机是一个具有三层交换功能的 设备，是一个带有三层路由功能的二层交换机，它 是交换机和路由器的有机结合，并不是简单地把路 由器设备的硬件和软件叠加在局域网交换机上。
三层交换机原理详解
三层交换机原理详解首先，我们来了解一下三层网络的结构。
在一个三层网络中，存在三个层次：物理层、数据链路层和网络层。
物理层负责传输数据的物理媒介，比如网线、光纤等；数据链路层负责数据的传输，将数据分割成帧，并加上控制信息；网络层负责将数据包从源地址传输到目的地址，它使用IP地址来寻址和路由决策。
接下来，我们来看一下三层交换机的工作方式。
三层交换机在数据链路层和网络层之间进行数据包的转发和路由选择。
它不仅可以通过MAC地址进行数据包的转发，还能够根据IP地址进行数据包的路由选择。
三层交换机会维护一个路由表，其中包含了目的网络的IP地址和对应的下一跳路由器。
当接收到一个数据包时，三层交换机会检查目的IP地址，并根据路由表选择最佳的下一跳路由器，然后将数据包转发到相应的接口。
三层交换机的路由选择是通过路由协议来实现的。
常见的路由协议有静态路由和动态路由。
静态路由是管理员手动配置的路由信息，适用于较小的网络环境。
动态路由则是通过交换机之间的网络协议动态学习并更新路由信息，适用于较大的网络环境。
常见的动态路由协议有RIP、OSPF和BGP等。
对于三层交换机还有两个重要的概念需要提及：子网划分和VLAN。
子网划分是将一个大的网络划分成若干个较小的网络，以提高网络的性能和安全性。
三层交换机可以通过对子网进行划分，将不同的子网连接到不同的接口上。
而VLAN（虚拟局域网）则是将一个物理局域网划分成多个逻辑上的虚拟网络，实现不同用户群之间的逻辑隔离。
总结起来，三层交换机可以实现数据包的转发和路由选择。
它通过维护路由表和使用路由协议来选择最佳路径，并支持子网划分和VLAN等网络功能。
在复杂的网络环境中，三层交换机是一个重要的网络设备，能够提高网络的性能和可管理性。
三层交换机原理与设计
三层交换机原理与设计三层交换机是一种网络设备，用于在局域网(LAN)和广域网(WAN)之间进行数据包交换。
它是网络层的设备，能够在较高的层次上工作，使用网络地址和路由协议来决定如何转发数据包。
本文将介绍三层交换机的原理和设计，并探讨其在网络中的应用。
一、三层交换机的原理1.路由功能：三层交换机能够根据目的IP地址来判断数据包的路径，并将其转发到目标网络。
它使用路由协议（如RIP、OSPF、EIGRP）来学习网络拓扑，并根据路由信息维护一个路由表。
2.VLAN划分：三层交换机支持虚拟局域网(VLAN)的划分。
VLAN可以将一个物理网络划分为多个逻辑子网，不同的VLAN可以相互隔离，提高网络的安全性和管理灵活性。
3.路由表：三层交换机维护一个路由表，用于存储不同网络之间的路由信息。
路由表包含目的网络的IP地址和下一跳地址，通过查找路由表，三层交换机可以确定数据包的下一跳设备，以实现数据包的转发。
4.ARP表：三层交换机还维护一个ARP（地址解析协议）表，用于存储主机的MAC地址和对应的IP地址。
ARP表可以使三层交换机能够将数据包转发到正确的目标主机。
二、三层交换机的设计1.硬件设计：三层交换机需要具备强大的处理能力和高速传输能力。
因此，硬件设计要使用高性能的处理器和大容量的存储器，以及高速的接口（如千兆以太网接口）。
2.软件设计：三层交换机的软件设计主要包括路由协议的实现和路由表的维护。
软件设计要考虑如何有效地学习路由信息、更新路由表，并实现高效的数据包转发。
3.VLAN设计：三层交换机的VLAN设计要考虑如何划分VLAN、配置VLAN间的路由和实现VLAN之间的隔离。
此外，还需要考虑如何管理和监控VLAN，以及如何与其他网络设备（如二层交换机、路由器）配合工作。
4.安全设计：三层交换机的安全设计要考虑如何保护网络免受入侵和攻击。
这包括控制访问列表（ACL）的配置、防火墙的设置和安全认证的实现等。
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第三层交换机是一种用于构建网络的网络设备，也被称为路由器（Router）。
它在网络中负责从一个子网传送数据包到另一个子网，使得数据包能够跨越不同的网络进行传输。
第三层交换机通过识别网络数据包中的目的IP地址，将数据包路由到正确的目的地。
下面将详细阐述第三层交换机的原理及其使用技巧。
一、第三层交换机的原理第三层交换机的原理主要基于路由技术，它的核心功能是根据目的IP地址选择最佳的路径进行数据传送。
具体来说，第三层交换机通过建立路由表和邻居表来实现数据包的转发。
1.路由表：第三层交换机中存储了一个路由表，包含了目的IP地址与对应出口端口的映射关系。
当数据包到达第三层交换机时，它会查找路由表，根据目的IP地址找到正确的出口端口，并将数据包发送给该端口。
路由表的更新是通过路由协议（如RIP、OSPF等）来实现的，它能够动态地根据网络状况更新路由信息。
2.邻居表：第三层交换机中还存储了一个邻居表，记录了与该交换机直接相连的设备的信息，包括相邻设备的IP地址和MAC地址。
邻居表的作用是帮助第三层交换机识别与其相邻的设备，从而确定数据包的转发路径。
基于以上原理，第三层交换机能够将数据包路由到正确的目的地，实现不同子网之间的通信。
二、第三层交换机的使用技巧1. 配置IP地址和子网掩码：为了使第三层交换机能够正确地识别不同子网，需要对其进行IP地址和子网掩码的配置。
可以通过命令行界面或Web界面进行配置。
2.配置路由协议：如果网络较为复杂，可以使用路由协议来实现路由表的动态更新。
在配置路由协议时，需要选择适合的协议类型，并进行相应的配置。
3.配置静态路由：如果网络比较简单，可以使用静态路由来手动配置路由表。
静态路由需要手动添加路由表项，包括目的IP地址和出口端口。
4.配置网络安全：第三层交换机通常具备一定的安全功能，可用于实现访问控制列表（ACL）、入侵检测系统（IDS）等功能，以提高网络的安全性。
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网络拓扑结构图
三层交换机
第三层交换机具有路由功能，将IP 地址信息用于网络路径选择，并实现不同网段间数据的线速交换。
当网络规模足够大，不得不划分VLAN 以减小广播所造成的影响时，只有借助第三层交换机才能实现VLAN 间的线速路由。
另外，借助第三层交换机还可以设置访问列表，限制VLAN 间的访问，保障敏感部门的安全。
因此，作为核心交换机，必须选用第三层交换机。
企业需求
虽然高性能的中心交换机比比皆是，但并不意味着必须购买最好的设备，而应当购买自己所需要的设备。
那么，哪些设备是我们需要的呢？应该选择那些能够满足网络应用需要的，除此之外，太高的性能和太大的扩展能力都将可惜地被闲置。
除了满足现有需求外，还应当在技术、性能和扩展性等方面适当超前，以适应未来的发展。
通常情况下，中心交换机的扩展能力和性能应当略大于未来几年内网络应用和扩展的要求。
可靠性
I n t e r n e t
九层办公楼
三层办公楼 三层核心交换机
核心层
汇聚层 接
入 层
接 入 层
图例：
DI-7400
十五层办公楼 ●
●
●
● ● ●● ● ● ● ● ●
对于中心交换机而言，对稳定的要求高过对性能的要求。
原因很简单，如果网络性能一般，但可提供安全、稳定的服务，那么网络运行就是正常的，用户也会觉得是值得信赖的。
尽管网络带宽很高、性能非常强劲、服务访问特别舒服，但是经常发生故障，导致服务器无法访问、Internet无法共享，那么无论是谁都会对此失去信心。
当在网络上运行重要的应用时，网络瘫痪还将导致正常业务的中断和重要数据的丢失。
最佳性价比
现在中心交换机产品中，美国产品以其性能强劲、运行稳定、功能丰富而著称，只是价格过于昂贵。
我国国产产品虽然在一些参数上略逊一筹，但是拥有绝对的价格优势，具有中文管理界面，方便日常管理。
所以如果局域网组建时偏重于性能，建议选择Cisco等产品，若注重价格，则建议选择以华为为代表的国产产品。
骨干交换机的选择
骨干交换机可以是固定配置，也可以是模块化配置，通常拥有12个以上1000Mb/s端口，实现与工作组交换机的高速连接。
为实现与核心交换机的远程连接，还应当拥有2个光纤接口或插槽。
骨干交换机应当是智能交换机，支持基于端口的VLAN，能够实现端口管理，可以对流量进行控制。
骨干交换机除了应当是千兆交换机外，还应当是固定配置和可网络管理的。
固定配置
固定端口交换机只能提供有限的端口和固定类型的接口，因此无论从可连接的用户数量上，还是从可使用的传输介质上都具有局限性。
不过，相对来说价格便宜一些，因此最适合作为工作组交换机和骨干交换机。
可网管
可网管交换机是指拥有操作系统，可以借助配置启用一些复杂的网络功能，从而实现网络的稳定运行、访问安全，以及复杂的网络应用。
通常情况下，可为其指定IP地址信息，从而实现远程管理。
工作组交换机的选择
工作组交换机为固定配置，拥有24个或48个10/100Mb/s端口，为了实现与骨干交换机或其他工作组交换机的高速连接，甚至可以拥有2个1000Mb/s端口或插槽。
如果企业网络对安全性要求不是很高，工作组交换机可以选用不可网管交换机(也称傻瓜交换机)。
但是随着网络规模的扩大，接入计算机数量的增多，骨干交换机和核心交换机必须选用可网管交换机，从而划分VLAN、隔离广播域，提高数据传输效率，保障对敏感部门(领导、财务等)的访问安全。
在选择工作组交换机时，应当注意以下几个方面：
可堆叠选择
只有当同一VLAN、同一网段或同一部门内的计算机数量较多，相互间通讯非常频繁且与骨干交换机相连接的链路较少时，才有必要选择可堆叠交换机。
如接入的计算机数量较少，则不必考虑交换机的堆叠问题。
端口选择
对端口的选择包括两个方面，一个是端口数量，一个是端口类型。
在选择端口数量时，应当掌握两个基本原则。
第一，适当冗余。
端口数量越多，交换机的价格越高。
所以，应当根据接入计算机的数量确定端口，并为未来接入的用户预留适当数量的端口。
第二，高密度。
由于交换机之间的互联会导致端口的浪费，因此，应当尽量选择24或48端口交换机。
交换机的端口有三种类型，即光纤端口、双绞线端口和GBIC或SFP插槽。
为了增加连接的灵活性，适应更加复杂的网络环境，光纤端口已经逐渐被GBIC或SFP插槽所取代。
工作组交换机用于连接普通计算机，因此可以选用双绞线端口。
若欲实现工作组交换机与其他交换机之间的千兆堆叠或连接，则同时应当拥有1-2个GBIC或SFP插槽。
骨干交换机主要用于汇聚工作组交换机，并实现与核心交换机的远程连接，因此，必须拥有大量GBIC或SFP插槽。
选购可网管交换机时注意事项
可网管交换机就是可以被管理，它具有端口监控、划分VLAN等许多普通交换机不具备的特性。
一台交换机是否是可网管交换机可以从外观上分辨出来。
可网管交换机的正面或背面一般有一个串口或并口，通过串口电缆或并口电缆可以把交换机和计算机连接起来，这样便于设置。
可网管交换机可以通过以下几种途径进行管理：通过RS-232 串行口（或并行口）管理、通过网络浏览器管理和通过网络管理软件管理。
选购可网管交换机应注意以下事项：
所处位置
不同位置应当选用不同的可网管交换机。
中心交换机应当选择三层交换机，骨干交换机建议选择高性能二层交换机(如果网络规模较大，也可以选择三层交换机)，而工作组交换机则应当选择普通二层交换机。
网络应用
不同的网络应用决定着所需设备的性能。
性能越高的交换机自然价格也就越高，因此，不要盲目追求高性能，而应当根据网络应用、数据流量等诸多因素，选择最适合网络应用的、最具性价比的交换机。
所处环境
在选购交换机时，不能将它们相互割裂开来，而应当综合地、联系地进行考虑。
考虑下级交换机是否支持上级交换机的功能与应用，考虑上下级交换机在性能上应有的差别，考虑上下级交换机端口的类型与数量，考虑传输距离、网络带宽和通信线缆，从而使所有交换机相互协调，达到彼此之间的最佳组合。
设备兼容性
尽管不同的可网管交换机大多遵守相同的国际标准，但是每个厂家都有一些特殊的协议，并且使用不同的网络管理软件，因此若欲实现对可网管交换机的统一管理，实现各种复杂的网络应用，达到性能最优化，就应当尽量选择同一厂商的产品。
设备性能
设备性能也是在选购交换机必须注重的因素。
其中，背板带宽、转发速率、VLAN数量、MAC地址数量、插槽数量、支持的端口类型、堆叠层数等参数都必须根据交换机所处的位置与网络应用来确定。
小结：交换机是星型拓朴结构网络的桥梁设备，通过以上的介绍，相信各位网管朋友对于网络交换机有了更深层次的了解。