這兩種類型交換機(jī)的工作方式有所不同:
二層交換機(jī)可以識別數(shù)據(jù)包中的MAC地址,根據(jù)MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),并將這些MAC地址與對應(yīng)的端口記錄在自己內(nèi)部的一個地址表中。二層交換機(jī)不遵循路由算法。
三層交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)基于目標(biāo) IP 地址,數(shù)據(jù)包的目的地是定義的下一跳,三層交換機(jī)遵循路由算法。
如果二層交換機(jī)不遵循路由算法,那么它們將如何學(xué)習(xí)下一跳的 MAC 地址?
通過遵循ARP(地址解析協(xié)議)來實(shí)現(xiàn)。
ARP的工作內(nèi)容如下:
我們以網(wǎng)絡(luò)為例,其中一個交換機(jī)連接到四個主機(jī)設(shè)備,稱為 PC1、PC2、PC3 和 PC4。現(xiàn)在,PC1 次要向 PC2 發(fā)送一個數(shù)據(jù)包。
雖然 PC1 在次通信時知道 PC2 的 IP 地址,但它不知道接收主機(jī)的 MAC地址。因此,交換機(jī)向所有端口發(fā)送ARP請求(不包括PC1所連接的端口),PC2 收到 ARP 請求后,將回復(fù)一個帶有其 MAC 地址的 ARP 響應(yīng)消息。這樣,PC2 也就收集到了PC1 的 MAC 地址。
通過上述消息的來回流動,交換機(jī)就知道哪些MAC地址分配給了哪些端口。同樣,當(dāng) PC2 在 ARP 響應(yīng)消息中發(fā)送其 MAC 地址時,交換機(jī)會收集 PC2 的 MAC 地址并將其存儲到自己的 MAC 地址表中。
從現(xiàn)在開始,每當(dāng) PC1 想要向 PC2 發(fā)送任何數(shù)據(jù)時,交換機(jī)只需在其地址表中查找并轉(zhuǎn)發(fā)到 PC2 的目標(biāo)端口。
如此,交換機(jī)將繼續(xù)維護(hù)每個連接主機(jī)的硬件地址。
沖突和廣播域
在二層交換中,當(dāng)兩個或多個主機(jī)試圖在同一網(wǎng)絡(luò)鏈路上以相同的時間間隔進(jìn)行通信時,可能會發(fā)生沖突。當(dāng)數(shù)據(jù)幀發(fā)生沖突,設(shè)備必須重新發(fā)送數(shù)據(jù)。沖突對網(wǎng)絡(luò)性能有嚴(yán)重的負(fù)面影響,因此要避免沖突。
廣播是一種信息的傳播方式,指網(wǎng)絡(luò)中的某一設(shè)備同時向網(wǎng)絡(luò)中所有的其他設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù),這個數(shù)據(jù)所能廣播到的范圍即為廣播域。簡單點(diǎn)說,廣播域就是指網(wǎng)絡(luò)中所有能接收到同樣廣播消息的設(shè)備的集合。
使用一個或多個交換機(jī)組成的以太網(wǎng),所有站點(diǎn)都在同一個廣播域。隨著交換機(jī)變多,這個廣播域的范圍也會變大,于是就會出現(xiàn)難以維護(hù)、廣播風(fēng)暴以及等問題。
上文說過,一個主機(jī)想要獲取另外一個網(wǎng)段的主機(jī)MAC地址,需要發(fā)送ARP廣播請求獲取對方主機(jī)的MAC地址。這個廣播請求會廣播到每一個主機(jī)身上,容易導(dǎo)致廣播風(fēng)暴。
VLAN
為了克服沖突和廣播域問題,在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中引入了VLAN(虛擬局域網(wǎng))技術(shù)。
分隔廣播域有兩種方法:
物理分隔有很多缺點(diǎn),會使得局域網(wǎng)的設(shè)計缺乏靈活性,而VLAN則具有靈活性和可擴(kuò)展性。VLAN配置是在交換機(jī)級通過使用不同的接口完成的,不同的交換機(jī)可以有不同或相同的 VLAN 配置,并可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的需要進(jìn)行設(shè)置。
在同一個 VLAN 內(nèi)的設(shè)備和用戶并不受物理位置的限制,可以根據(jù)功能、部門及應(yīng)用等因素將它們組織起來,相互之間的通信就好像在同一個網(wǎng)段中一樣。因此,與不同交換機(jī)相連的主機(jī)可以共享同一個廣播域。
為了更好地理解 VLAN ,我們舉個栗子,其中一個使用 VLAN,另一個不使用 VLAN。
如果沒有 VLAN,從主機(jī) 1 發(fā)送的廣播消息將到達(dá)網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備。未使用VLAN
如果給網(wǎng)絡(luò)中的兩個交換機(jī)添加一個名為 fast Ethernet 0 和 fast Ethernet 1 的接口卡(通常表示為 Fa0/0)來配置 VLAN,來自主機(jī)1 的廣播消息將僅發(fā)送到主機(jī)2。
使用了VLAN的網(wǎng)絡(luò)
在進(jìn)行配置時會發(fā)生這種情況:只有主機(jī) 1 和主機(jī) 2 定義在同一組 VLAN 下,而其他設(shè)備組件是別的 VLAN 網(wǎng)絡(luò)的成員。
需要注意的是,二層交換機(jī)只能允許主機(jī)設(shè)備與同一個VLAN的主機(jī)通信。要到達(dá)另一個網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)設(shè)備,需要三層交換機(jī)或路由器。
VLAN 網(wǎng)絡(luò)高度,因?yàn)槠渑渲妙愋停魏挝募伎梢酝ㄟ^兩個預(yù)定義的、物理上沒有連接的同一VLAN的主機(jī)發(fā)送。廣播流量也由它管理,因?yàn)橄H發(fā)送和接收到定義的 VLAN集,而不是網(wǎng)絡(luò)上的每個設(shè)備。
訪問和中繼端口
在交換機(jī)端口上可以完成各種類型的配置,給VLAN 分配一個訪問端口,就可以訪問單個 VLAN 網(wǎng)絡(luò)。
當(dāng)我們只需要簡單地將主機(jī)終端設(shè)備配置到特定的 VLAN 網(wǎng)絡(luò)時,就會使用訪問端口。
如果需要訪問多個交換機(jī),且需要訪問不同的VLAN,則將接口配置為交換機(jī)的中繼端口。中繼端口的智能程度足以承受多個VLAN的流量。
配置 VLAN
要在交換機(jī)上配置 VLAN,要在交換機(jī)上啟用 IOS 模式。創(chuàng)建 VLAN 的命令為onfig mode VLAN NUMBER i.e. Switch(config)# VLAN 10。通過使用接口命令,我們可以在 VLAN 下分配快速以太網(wǎng)端口。通過使用 switchport 訪問命令行,我們可以指定接口是訪問模式。下一條命令將分配 VLAN 編號到交換機(jī)端口訪問模式。
Switch(config) #vlan 10
Switch(config-vlan) #exit
Switch(config) #int fa0/1
Switch(config-if) #switchport mode access
Switch(config-if) #switchport access vlan 10
switchport access mode 命令只能分配給單個 VLAN。當(dāng)需要配置多個 VLAN,
switchport trunk mode interface 命令,因?yàn)樗梢猿休d多個 VLAN 的流量。
二層交換機(jī)的特點(diǎn)
下面列出了二層交換機(jī)的各種特性。
二層交換機(jī)的應(yīng)用
下面給出了二層交換機(jī)的各種應(yīng)用。
通過二層交換機(jī),我們可以輕松地將位于同一VLAN內(nèi)的數(shù)據(jù)幀從源端發(fā)送到目的端,而無需物理連接或位于同一位置。因此,軟件公司的服務(wù)器可以集中放置在一個位置,而分散在其他位置的客戶端可以輕松訪問數(shù)據(jù)而沒有延遲,從而節(jié)省服務(wù)器成本和時間。組織可以通過使用這些類型的交換機(jī)將主機(jī)配置在同一個VLAN中,而不需要任何互聯(lián)網(wǎng)連接,從而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部通信。
當(dāng)我們需要在不同的 LAN 或 VLAN 之間傳輸數(shù)據(jù)時,二層交換機(jī)就無法滿足了。這時需要三層交換機(jī),因?yàn)樗鼈儗?shù)據(jù)包路由到目的地的技術(shù)是IP 地址和子網(wǎng)劃分。
三層交換機(jī)工作在 OSI 參考模型的第3層,并使用 IP 地址執(zhí)行數(shù)據(jù)包的路由。它們比二層交換機(jī)具有更快的切換速度,甚比傳統(tǒng)路由器更快,因?yàn)樗鼈儾皇褂妙~外的躍點(diǎn)來執(zhí)行數(shù)據(jù)包的路由,從而會帶來更好的性能。
要理解三層交換機(jī)的功能,需要先了解路由的概念。
第3層中的源端設(shè)備查看自己的路由表,路由表中包含了源IP地址、目的IP地址和子網(wǎng)掩碼的所有信息。然后,根據(jù)它從路由表中收集的信息,將數(shù)據(jù)包發(fā)送到目的地,并可以在不同的LAN、MAN和WAN網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)一步傳遞數(shù)據(jù)。它遵循短且的路徑在終端設(shè)備之間傳遞數(shù)據(jù)。這就是路由的總體概念。
各種網(wǎng)絡(luò)可以通過STM鏈路連接在一起,STM鏈路有很高的帶寬,DS3鏈路也可以。連接的類型取決于網(wǎng)絡(luò)的各種參數(shù)。
三層交換機(jī)的特點(diǎn)
三層交換機(jī)的各種特性如下所示:
三層交換機(jī)的應(yīng)用
三層交換機(jī)的應(yīng)用如下:
三層交換機(jī)的 VLAN 間路由
下圖顯示了三層交換機(jī)與二層交換機(jī)相結(jié)合的跨 VLAN 路由操作。
我們再舉個栗子來幫助理解:
在大學(xué)中,教職員工和學(xué)生的 PC 通過二層和三層交換機(jī)連接在不同的VLAN上。
某教職員工 VLAN 的 PC 1 想其他教員VLAN中的pc2進(jìn)行通信。由于兩個終端設(shè)備屬于不同的 VLAN,我們需要三層交換機(jī)將數(shù)據(jù)從PC 1 路由到PC 2。
,二層交換機(jī)借助硬件部分的MAC地址表來定位目標(biāo)主機(jī)。然后從MAC表中學(xué)習(xí)接收主機(jī)的目的地址。之后,三層交換機(jī)根據(jù)IP地址和子網(wǎng)掩碼進(jìn)行交換和路由,(歡迎關(guān)注公眾號:網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)盟圈)它將明確PC1希望和哪個VLAN網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)PC通信。一旦它收集了所有必要的信息,將在它們之間建立鏈接,并將數(shù)據(jù)從發(fā)送端路由到接收端。這樣就完成了不同VLAN間的通信。
二層與三層交換機(jī)之間有以下區(qū)別:
工作層級不同:二層交換機(jī)工作在數(shù)據(jù)鏈路層,三層交換機(jī)工作在網(wǎng)絡(luò)層,三層交換機(jī)不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā),還可以根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)狀況達(dá)到網(wǎng)絡(luò)性能。
原理不同:二層交換機(jī)的原理是當(dāng)交換機(jī)從某個端口收到一個數(shù)據(jù)包,它會先讀取包中的源MAC地址,再去讀取包中的目的MAC地址,并在地址表中查找對應(yīng)的端口,如表中有和目的MAC地址對應(yīng)的端口,就把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這個端口上。三層交換機(jī)的原理比較簡單,就是一次路由多次交換,通俗來說就是次進(jìn)行源到目的的路由,三層交換機(jī)會將此數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到二層,那么下次無論是目的到源還是源到目的都可以進(jìn)行快速交換。
功能不同:二層交換機(jī)基于MAC地址訪問,只做數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā),并且不能配置IP地址,而三層交換機(jī)將二層交換技術(shù)和三層轉(zhuǎn)發(fā)功能結(jié)合在一起,(歡迎關(guān)注公眾號:網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)盟圈)也就是說三層交換機(jī)在二層交換機(jī)的基礎(chǔ)上增加了路由功能,可配置不同VLAN的IP地址,可通過三層路由實(shí)現(xiàn)不同VLAN之間通訊。
應(yīng)用不同:二層交換機(jī)主要用于網(wǎng)絡(luò)接入層和匯聚層,而三層交換機(jī)主要用于網(wǎng)絡(luò)核心層,但是也存在少部分三層交換機(jī)用于匯聚層的現(xiàn)象,下圖是三層交換機(jī)的實(shí)際應(yīng)用實(shí)例。
支持的協(xié)議不同:二層交換機(jī)支持物理層和數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議,而三層交換機(jī)支持物理層、數(shù)據(jù)鏈路層及網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議。
濟(jì)南琳航信息技術(shù)有限公司作為華為政企業(yè)務(wù)的合作伙伴,站在智能世界的入口,面對未來數(shù)字化轉(zhuǎn)型之路的新機(jī)遇與新挑戰(zhàn),未來將會不斷與華為深度攜手合作,與各生態(tài)伙伴深化協(xié)同,持續(xù)加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新投入與合作,共筑業(yè)界的解決方案,助力客戶和自身商業(yè)成功,推動未來數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智能化建設(shè)。
同時琳航也一直會牢記“成人達(dá)己,誠守信,合作共贏”的企業(yè)價值觀,秉承“讓政企客戶的工作更,更簡單持續(xù)為政企客戶創(chuàng)造更大價值”的企業(yè)使命,持續(xù)提升自身實(shí)力,打造高性價比的解決方案和的服務(wù)。
截屏,微信識別二維碼
微信號:0531-8895-1962