交換機基礎知識總結之層數

　　二層交換機

二層交換技術的發展比較成熟，二層交換機屬數據鏈路層設備，可以識別數據包中的MAC地址信息，根據MAC地址進行轉發，並將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內部的一個地址表中。

具體的工作流程如下：

1) 當交換機從某個端口收到一個數據包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機器是連在哪個端口上的;

2) 再去讀取包頭中的目的MAC地址，並在地址表中查找相應的端口;

3) 如表中有與這目的MAC地址對應的端口，把數據包直接復制到這端口上;

4) 如表中找不到相應的端口則把數據包廣播到所有端口上，當目的機器對源機器回應時，交換機又可以記錄這一目的MAC地址與哪個端口對應，在下次傳送數據時就 不再需要對所有端口進行廣播了。不斷的循環這個過程，對於全網的MAC地址信息都可以學習到，二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。

從二層交換機的工作原理可以推知以下三點：

1) 由於交換機對多數端口的數據進行同時交換，這就要求具有很寬的交換總線帶寬，如果二層交換機有N個端口，每個端口的帶寬是M,交換機總線帶寬超過N×M,那麼這交換機就可以實現線速交換;

2) 學習端口連接的機器的MAC地址，寫入地址表，地址表的大小(一般兩種表示方式：一為BEFFER RAM,一為MAC表項數值)，地址表大小影響交換機的接入容量;

3) 還有一個就是二層交換機一般都含有專門用於處理數據包轉發的ASIC(Application specific Integrated Circuit, 專用集成電路)芯片，因此轉發速度可以做到非常快。由於各個廠家采用ASIC不同，直接影響產品性能。 （網絡應用教程）

以上三點也是評判二、三層交換機性能優劣的主要技術參數，這一點請大家在考慮設備選型時注意比較。

三層交換機

下面先來通過一個簡單的網絡來看看三層交換機的工作過程。

使用IP的設備A------三層交換機------使用IP的設備B

比如A要給B發送數據，已知目的IP,那麼A就用子網掩碼取得網絡地址，判斷目的IP是否與自己在同一網段。如果在同一網段，但不知道轉發數 據所需的MAC地址，A就發送一個ARP請求，B返回其MAC地址，A用此MAC封裝數據包並發送給交換機，交換機起用二層交換模塊，查找MAC地址表， 將數據包轉發到相應的端口。

如果目的IP地址顯示不是同一網段的，那麼A要實現和B的通訊，在流緩存條目中沒有對應MAC地址條目，就將第一個正常數據包發送向一個缺省 網關，這個缺省網關一般在操作系統中已經設好，對應第三層路由模塊，所以可見對於不是同一子網的數據，最先在MAC表中放的是缺省網關的MAC地址;然後 就由三層模塊接收到此數據包，查詢路由表以確定到達B的路由，將構造一個新的幀頭，其中以缺省網關的MAC地址為源MAC地址，以主機B的MAC地址為目 的MAC地址。通過一定的識別觸發機制，確立主機A與B的MAC地址及轉發端口的對應關系，並記錄進流緩存條目表，以後的A到B的數據，就直接交由二層交 換模塊完成。這就通常所說的一次路由多次轉發。

以上就是三層交換機工作過程的簡單概括，可以看出三層交換的特點：

1)由硬件結合實現數據的高速轉發。這就不是簡單的二層交換機和路由器的疊加，三層路由模塊直接疊加在二層交換的高速背板總線上，突破了傳統路由器的接口速率限制，速率可達幾十Gbit/s.算上背板帶寬，這些是三層交換機性能的兩個重要參數。

2)簡潔的路由軟件使路由過程簡化。大部分的數據轉發，除了必要的路由選擇交由路由軟件處理，都是由二層模塊高速轉發，路由軟件大多都是經過處理的高效優化軟件，並不是簡單照搬路由器中的軟件。

四層交換機

第四層交換的一個簡單定義是：它是一種功能，它決定傳輸不僅僅依據MAC地址(第二層網橋)或源/目標IP地址(第三層路由)，而且依據 TCP/UDP(第四層) 應用端口號。第四層交換功能就象是虛IP,指向物理服務器。它傳輸的業務服從的協議多種多樣，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他協議。這些 業務在物理服務器基礎上，需要復雜的載量平衡算法。

在IP世界，業務類型由終端TCP或UDP端口地址來決定，在第四層交換中的應用區間則由源端和終端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。在第四層交換中為每個供搜尋使用的服務器組設立虛IP地址(VIP)，每組服務器支持某種應用。

在域名服務器(DNS)中存儲的每個應用服務器地址是VIP,而不是真實的服務器地址。當某用戶申請應用時，一個帶有目標服務器組的VIP連 接請求(例如一個TCP SYN包)發給服務器交換機。服務器交換機在組中選取最好的服務器，將終端地址中的VIP用實際服務器的IP取代，並將連接請求傳給服務器。這樣，同一區 間所有的包由服務器交換機進行映射，在用戶和同一服務器間進行傳輸。

交換機的層數您分清楚了嗎？以上的內容是比較基本和詳細的，對於交換機的初識者應該可以很容易就理解了。