三层交换技术解析

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1、三层交换技术解析简单地说，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

2、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

3、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。由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因此三层交换机的速

4、度很快，接近二层交换机的速度，同时比相同路由器的价格低很多。 三层交换机种类 三层交换机可以根据其处理数据的不同而分为纯硬件和纯软件两大类。 （1）纯硬件的三层技术相对来说技术复杂，成本高，但是速度快，性能好，带负载能力强。其原理是，采用 ASIC 芯片，采用硬件的方式进行路由表的查找和刷新。 当数据由端口接口芯片接收进来以后，首先在二层交换芯片中查找相应的目的 MAC 地址，如果查到，就进行二层转发，否则将数据送至三层引擎。在三层引擎中，ASIC 芯片查找相应的路由表信息，与数据的目的 IP 地址相比对，然后发送 ARP 数据包到目的主机，得到该主机的 MAC 地址，将 MAC 地址发到二层

5、芯片，由二层芯片转发该数据包。 （2）基于软件的三层交换机技术较简单，但速度较慢，不适合作为主干。其原理是，采用 CPU 用软件的方式查找路由表。 当数据由端口接口芯片接收进来以后，首先在二层交换芯片中查找相应的目的 MAC 地址，如果查到，就进行二层转发否则将数据送至 CPU。CPU 查找相应的路由表信息，与数据的目的 IP 地址相比对，然后发送ARP 数据包到目的主机得到该主机的 MAC 地址，将 MAC 地址发到二层芯片，由二层芯片转发该数据包。因为低价 CPU 处理速度较慢，因此这种三层交换机处理速度较慢。 市场产品选型 近年来宽带 IP 网络建设成为热点，下面以适合定位于接入层或中小

6、规模汇聚层的第三层交换机产品为例，介绍一些三层交换机的具体技术。在市场上的主流接入第三层交换机，主要有 Cisco 的Catalyst2948GL3、Extreme 的 Summit24 和 AlliedTelesyn 的 Rapier24 等，这几款三层交换机产品各具特色，涵盖了三层交换机大部分应用特性。当然在选择第三层交换机时，用户可根据自己的需要，判断并选择上述产品或其他厂家的产品，如北电网络的 Passport/Acceler 系列、原 Cabletron 的 SSR 系列（在Cabletron 一分四后，大部分 SSR 三层交换机已并入 Riverstone 公司） 、Avaya 的

7、 CajunM 系列、3Com 的Superstack34005 系列等。此外，国产网络厂商神州数码网络、TCL 网络、上海广电应确信、紫光网联、首信等都已推出了三层交换机产品。下面就其中三款产品进行介绍，使您能够较全面地了解三层交换机，并针对自己的情况选择合适的机型。 Cisco Catalyst 2948GL3 交换机结合业界标准 IOS 提供完整解决方案，在版本 12.0(10)以上全面支持IOS 访问控制列表 ACL，配合核心 Catalyst6000，可完成端到端全面宽带城域网的建设（Catalyst6000 使用 MSFC 模块完成其多层交换服务，并已停止使用 RSM 路由交换模块

8、，IOS 版本 6.1 以上全面支持 ACL） 。 Extreme 公司三层交换产品解决方案，能够提供独特的以太网带宽分配能力，切割单位为 500kbps 或200kbps，服务供应商可以根据带宽使用量收费，可实现音频和视频的固定延迟传输。 AlliedTelesyn 公司 Rapier24 三层交换机提供的 PPPoE 特性，丰富和完善了用户认证计费手段，可适合多种接入网络，应用灵活，易于实现业务选择，同时又保护目前用户的已有投资，另可配合 NAT（网络地址转换）和 DHCP 的 Server 等功能，为许多服务供应商看好。 总之，三层交换机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，但其扩展的功能也不断结合实际应用得到丰富。随着 ASIC 硬件芯片技术的发展和实际应用的推广，三层交换的技术与产品也会得到进一步发展。