涉及知识点

什么是三层交换机，三层交换技术的由来，三层交换机，三层交换的应用范例。深入了解三层交换机技术。
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文章目录

涉及知识点
前言
1.三层交换技术的由来
2.三层交换技术的实现
- （1）3Com 的 Fast IP
- （2）3Com 的 FIRE
- （3）Cisco 的 NetFlow
- （4）Cisco 的标记交换
3.三层交换技术的应用
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总结

前言

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1.三层交换技术的由来

三层交换，又称多层交换或 IP 交换，是将传输交换器与传统路由器结合起来的网络设备，它既可以完成传统交换杨的端口交换功能，又可以完成部分路由器的路上功能。
传统的交换技术是在 OSI 参考模型中的第二层（数据链路层）进行操作的，它在操作过程中不断收集信息建立本身的 MAC 地址表。当交换机收到一个以太网帧时，它便用查看该以太网帧的目的 MAC 地址，核对 MAC 地址表以确认该从哪个端口把包发出去。但当交换机收到一个目的地址不在 MAC 地址表中的帧时，交换机便会把该包“扩散”出去，即从所有端口发出去，就如同交换机收到一个广播包一样，这就暴露出传统局域网交换机的弱点：不能有效地隔离广播包，使网络的有效带宽利用率下降，广播包多到一定程度，就有可能形成广播风暴，造成网络瘫痪。因此，产生了交换机上的 VLAN 技术。但是 VLAN 之间的数据传送需要通过路由器实现，路由器成为了网络中的关键设备。
传统的路由技术是在 OSI 参考模型中的第三层（网络层）进行操作的，其核心功能主要包括数据报文转发和路由处理两方面。数据报文转发功能是主要是在子网间传送数据报文，包括检查 IP 数据包首部，IP 数据包的分段和重组，修改生存期（TTL）参数，重新计算 IP 数据包的首部检验和，MAC 地址解析等；路由处理子功能包括创建和维护路由表，完成这一功能需要使用路由协议如 RIP 或 OSPF 来建立和形成路由表。路由处理一旦完成，将数据报文发送至目的地址就是报文转发子功能的任务了。传统路由器的弱点是：路由器是一个转发
并遗忘的网络设备，对任何数据包都要经过上述复杂的“拆打”过程，即使是同一源地址向同一目的地址发送的数据包，也要重复相同的过程。同时，路由器复杂的处理功能主要是通过软件实现的，也决定了路由器成为局域网通信中不可逾越的瓶颈。
那么，如何有效地解决“在子网间路由时，传输数据仍然采用交换的带宽与速率”呢？三层交换技术应运而生了。三层交换将第二层交换机和第三层路由器的优势结合成为一个有机的整体。三层交换技术的出现，既解决了局域网中网段划分之后网段中的子网必须依赖路由器进行管理的局面，又解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。简单地说，三层交换技术就是“二层交换+三层转发”。

2.三层交换技术的实现

由于三层交换技术不是一种标准化技术，不同厂家的三层交换设备采用了不尽相同的技术实现方法。下面列举几种广泛应用的三层交换技术。

（1）3Com 的 Fast IP

该技术采用了“一次路由，随后交换”的策略，其技术基础是下站解析协议（NHRP，Next Hop Resolution Protocol）。源端主机和目的端主机上都需要运行 Fast IP 协议，交换时，源端主机首先要初始化一个标准的 IP 通信进程，源端主机发送一个 Fast IP 连接请求，该请求就像普通的数据报文一样路由空过网络，如果目的端主机也运行了 Fast IP 协议，则回传一个包含 MAC 地址的 NHRP 应答，如果二者之间存在交换路径则交换，否则继续路由。

（2）3Com 的 FIRE

被称为灵活智能路由引擎的 FIRE，使用了专用集成电路（ASIC， Application Specific Integrated Circuit）以线速实现第三层的路由和转发，是一个创新的集成化的网间互联体系结构。该技术提供了广泛的第二层和第三层功能，并提供了灵自学成才的网络控制能力，包括网络安全、流量的优化处理、带宽锁定和 QoS 等。

（3）Cisco 的 NetFlow

该技术是对传统的路由转发技术的改进。其基本原理是：第一个数据分组仍然采用传统的第三层路由方式进行转发，转发后第三层交换机把第一个数据分组的信息记录在 NetFlow 的高速缓存中，后继数据分组到达后首先在 CACHE 中进行匹配查找，如果命中就使用 CACHE 中缓存的路由信息直接转发，否则再进行路由。

（4）Cisco 的标记交换

该技术是在转发时给数据包加上标记。标记是一个较短的长度固定的标号，每个标记可以标识一条或者多条路径的聚集。路由表使用标记进行路由表查找，而不是传统的子网前缀，标记每经过一个路由器就去掉一个域，类似于邮政编码的基本原理。标记的分配是借助标记分配协议（TDP，Tag Distribution Protocol）实现的。

3.三层交换技术的应用

三层交换从概念的提出到今天的普及应用，虽然只历经了几年的时间，但共在网络建设中的应用越来越广泛。三层交换机以其速度快、性能好、价格低等众多的优势在局域网中已经把路由器排挤到网络的边缘，凡是没有广域网连接需求，同时又需要路由器的地方，都可以用三层交换机代替。正如路由器主宰着广域网一样，三层交换层逐渐走向局域网的统治地位已经是不争的事实。尤其是对于有划分 VLAN 需求的局域网而言，三层交换是最佳选择。
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三层交换机的典型应用如图所示。这是一个三级交换结构的局域网，其中骨干交换机是一台 1000Mbps 三层交换机，支持全双工交换、智能网络管理和多种形式的 VLAN 划分，通过它来划分不同功能的逻辑子网，并通过网络管理系统对整个网络进行集中式控制和管理，包括监控、调整网络的运行状态，统计网上信息流量及用户的使用情况等内容。可直接连到骨干交换机的设备有路由器、各种服务器、中心工作站和二级交换机。地级交换机可选用 100Mbps 的二层交换机，上行链路接口为 1000Mbps，支持 VLAN 和 SNMP。第超大型级交换机可以选用普通的二层交换机或集线器。