艾锑知识——二层交换机与三层交换机的组网性能比较

2020-04-14 17:38 作者：艾锑无限 浏览量：

二层交换机与三层交换机的组网性能比较

三层交换机的应用层面

随着三层交换技术的普及，三层交换机的应用环境也发生了很大的变化，它已从网络核心层向汇聚层甚至是边缘层迈进。这一改变首先带来了其应用比例大大提升，特别是在金融、教育和交通行业得到较多应
用。

核心层主要用于大规模数据的传输与转发，而且要尽可能的减少广播风暴所带来的负面影响。普通的二层交换机虽然能够实现数据的快速转发，但不具备路由转发和分割广播域的功能;路由器能分割广播域，但又

不能实现数据的快速转发。三层交换机的性能正好弥补了上述缺点，既有三层路由的功能，又具有二层交换的网络速度，正好满足这一需求。

汇聚层出于应用的考虑，最好也使用三层交换机。现在的网络要应付大数据包传输所带来的负载，并且要尽可能的减少延迟等不利因素;另一方面，安全意识的增强，身份认证等安全策略被广泛应用，这些都是二
层交换机所不具备的功能。

接入层会连接大量的计算机和服务器等终端设备，就很可能会因为网络上大量的广播而导致网络传输效率低下，为了减少核心的负担，我们往往在这一层就应用VLAN技术，而要想使不同VLAN进行通信，就必须
使用具有路由功能的三层交换机，这样就在保证性能的前提下，经济地解决了子网划分之后子网之间通信必须依赖路由器的问题。

可见，从一个中等规模的校园网到企业的骨干网、城域网骨干、汇聚层都是三层交换机的用武之地。它的应用也从最初的骨干层、汇聚层一直渗透到边缘的接入层。在目前火爆的宽带网络建设中，三层交换机一
般被放置在小区的中心和多个小区的汇聚层。三层交换机的出现，极大改变了局域网的性能。正如路由器统治广域网一样，三层交换机将在今后主宰局域网已成为必然。

二层交换机与三层交换机的组网性能比较

二层交换机与三层交换机应用都非常广泛，于是我研究了一下二层交换机与三层交换机的组网性能比较，在这里拿出来和大家分享一下，希望对大家有用。二层交换技术是发展比较成熟，二层交换机属数据链路
层设备，可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。具体的工作流程如下：

（1） 当二层交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上的；

（2） 再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中查找相应的端口；

（3） 如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上；

（4） 如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上，当目的机器对源机器回应时，交换机又可以学习一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对所有端口进行广播了，不断的循
环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维护它自己的地址表。从二层交换机的工作原理可以推知以下三点：

（1） 由于二层交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就要求具有很宽的交换总线带宽，如果二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M，交换机总线带宽超过N&TImes;M，那么这交换机就可以实现线速
交换；

（2） 学习端口连接的机器的MAC地址，写入地址表，地址表的大小（一般两种表示方式：一为BEFFER RAM，一为MAC表项数值），地址表大小影响交换机的接入容量；

（3） 还有一个就是二层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC（ApplicaTIon specific Integrated Circuit）芯片，因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家采用ASIC不同，直接影响产品性能。以
上三点也是评判二三层交换机性能优劣的主要技术参数，这一点请大家在考虑设备选型时注意比较。

路由技术

路由器工作在OSI模型的第三层---网络层操作，其工作模式与二层交换相似，但路由器工作在第三层，这个区别决定了路由和交换在传递包时使用不同的控制信息，实现功能的方式就不同。工作原理是在路由器
的内部也有一个表，这个表所标示的是如果要去某一个地方，下一步应该向那里走，如果能从路由表中找到数据包下一步往那里走，把链路层信息加上转发出去；如果不能知道下一步走向那里，则将此包丢弃，
然后返回一个信息交给源地址。

路由技术实质上来说不过两种功能：决定最优路由和转发数据包。路由表中写入各种信息，由路由算法计算出到达目的地址的最佳路径，然后由相对简单直接的转发机制发送数据包。接受数据的下一台路由器依
照相同的工作方式继续转发，依次类推，直到数据包到达目的路由器。

而路由表的维护，也有两种不同的方式。一种是路由信息的更新，将部分或者全部的路由信息公布出去，路由器通过互相学习路由信息，就掌握了全网的拓扑结构，这一类的路由协议称为距离矢量路由协议；另
一种是路由器将自己的链路状态信息进行广播，通过互相学习掌握全网的路由信息，进而计算出最佳的转发路径，这类路由协议称为链路状态路由协议。由于路由器需要做大量的路径计算工作，一般处理器的工作能力直接决定其性能的优劣。当然这一判断还是对中低端路由器而言，因为高端路由器往往采用分布式处理系统体系设计。

三层交换技术

近年来的对三层交换机技术的宣传，耳朵都能起茧子，到处都在喊三层技术，有人说这是个非常新的技术，也有人说，三层交换机嘛，不就是路由器和二层交换机的堆叠，也没有什么新的玩意，事实果真如此
吗？下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。 组网比较简单


比如A要给B发送数据，已知目的IP，那么A就用子网掩码取得网络地址，判断目的IP是否与自己在同一网段。如果在同一网段，但不知道转发数据所需的MAC地址，A就发送一个ARP请求，B返回其MAC地址，A
用此MAC封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，查找MAC地址表，将数据包转发到相应的端口。如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和B的通讯，在流缓存条目中没有对应MAC
地址条目，就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统中已经设好，对应第三层路由模块，所以可见对于不是同一子网的数据，最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址；然



后就由三层模块接收到此数据包，查询路由表以确定到达B的路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址，以主机B的MAC地址为目的MAC地址。通过一定的识别触发机制，确立主机

A与B的MAC地址及转发端口的对应关系，并记录进流缓存条目表，以后的A到B的数据，就直接交由二层交换模块完成。这就通常所说的一次路由多次转发。

以上就是三层交换机工作过程的简单概括，可以看出三层交换的特点：由硬件结合实现数据的高速转发。这就不是简单的二层交换机和路由器的叠加，三层路由模块直接叠加在二层交换的高速背板总线上，突破
了传统路由器的接口速率限制，速率可达几十Gbit/s。算上背板带宽，这些是三层交换机性能的两个重要参数。简洁的路由软件使路由过程简化。大部分的数据转发，除了必要的路由选择交由路由软件处理，都
是又二层模块高速转发，路由软件大多都是经过处理的高效优化软件，并不是简单照搬路由器中的软件。

有关更多IT知识请关注北京艾锑无限http://www.bjitwx.com/