套用背景
出於安全和管理方便的考慮,主要是為了減小
廣播風暴的危害,必須把大型區域網路按功能或地域等因素劃成一個個小的區域網路,這就使
VLAN技術在網路中得以大量套用,而各個不同
VLAN間的通信都要經過
路由器來完成轉發,隨著網間互訪的不斷增加。單純使用
路由器來實現網間訪問,不但由於連線埠數量有限,而且路由速度較慢,從而限制了網路的規模和訪問速度。基於這種情況三層
交換機便應運而生,三層交換機是為IP設計的,接口類型簡單,擁有很強二層包處理能力,非常適用於大型區域網路內的數據
路由與交換,它既可以工作在協定第三層替代或部分完成傳統
路由器的功能,同時又具有幾乎第二層交換的速度,且價格相對便宜些。
![三層交換機 三層交換機](/img/5/3e7/cGcq5COjhDNkZmNihzY1czM5kjZhRmZ0UDOjR2LtVGdp9yYpB3LltWahJ2Lt92YuUHZpFmYuMmczdWbp9yL6MHc0RHa.jpg)
在
企業網和教學網中,一般會將三層
交換機用在網路的核心層,用三層交換機上的千兆連線埠或百兆連線埠連線不同的
子網或
VLAN。不過應清醒認識到三層
交換機出現最重要的目的是加快大型區域網路內部的數據交換,所具備的
路由功能也多是圍繞這一目的而展開的,所以它的路由功能沒有同一檔次的專業
路由器強。畢竟在安全、
協定支持等方面還有許多欠缺,並不能完全取代
路由器工作。
在實際套用過程中,典型的做法是:處於同一個區域網路中的各個
子網的互聯以及區域網路中VLAN間的
路由,用三層
交換機來代替
路由器,而只有區域網路與公網互聯之間要實現跨地域的網路訪問時,才通過專業路由器。
運轉機理
區域網路內,三層交換機依循了如下的運轉機理:變更了路由軟體依循的舊式指令,增添了ASIC特有的嵌入晶片並以此來設定指令。藉助於硬體來查驗現存的路由表,擁有刷新的特性。在數據傳遞的流程中,連線埠晶片接納並辨識了某一信息,二層晶片辨析了對應的獨特地址。若查驗獲取了明確的地址,則再次予以轉發;若沒能查找到,則信息被調配至後續的引擎。
三層交換機第三層引擎之內,路由表關聯著的信息可被查驗出來,它匹配了初始的IP;數據包被傳送至裝置內的主機,獲取了精準的MAC。這些流程終結以後,MAC再次被傳送,二層晶片予以轉發。由此可見,三層交換機提快了常態情形的交換速率,從速率來看它很近似二層的架構,並且縮減了選購路由器耗費的支出。
相比較而言,二層交換機藉助於封包擴散來傳遞廣播,但三層交換機則能辨識額外信息,例如ARP及某一地址。在此狀態下,三層交換機解析了各方位的廣播包,滿足快速要求,不必真正去擴散預設的廣播包。這種設計路徑可以細分現有的虛擬子網,依託於三層路由以便傳遞子網彼此的信息, 通信將更為便捷。
套用目的
網路骨幹
要說三層
交換機在諸多
網路設備中的作用,用“中流砥柱”形容並不為過。在校園網、城域教育網中,從
骨幹網、
城域網骨幹、
匯聚層都有三層
交換機的用武之地,尤其是核心骨幹網一定要用三層交換機,否則整個網路成千上萬台的計算機都在一個
子網中,不僅毫無安全可言,也會因為無法分割
廣播域而無法隔離
廣播風暴。
如果採用傳統的
路由器,雖然可以隔離廣播,但是性能又得不到保障。而三層
交換機的性能非常高,既有三層
路由的功能,又具有二層交換的
網路速度。二層交換是基於MAC
定址,三層交換則是轉發基於第三層地址的業務流;除了必要的
路由決定過程外,大部分數據轉發過程由二層交換處理,提高了數據包轉發的效率。
連線子網
而且千兆級
路由器的價格也是非常難以接受的。如果使用三層
交換機上的千兆連線埠或百兆連線埠連線不同的
子網或
VLAN,就在保持性能的前提下,經濟地解決了
子網劃分之後子網之間必須依賴
路由器進行通信的問題,因此三層交換機是連線子網的理想設備。
優勢特性
三層交換機擁有強大的路由傳輸、頻寬分配、多媒體傳輸和安全控制功能, 能夠根據不同的通信業務系統劃分不同的用戶群體, 實現電業業務的高效傳輸, 具有重要的作用。
除了優秀的性能之外,三層
交換機還具有一些傳統的
二層交換機沒有的特性,這些特性可以給校園網和城域教育網的建設帶來許多好處,列舉如下。
高可擴充性
三層
交換機在連線多個
子網時,子網只是與第三層交換模組建立邏輯連線,不像傳統外接
路由器那樣需要增加連線埠,從而保護了用戶對校園網、城域教育網的投資。並滿足學校3~5年網路套用快速增長的需要。
高性價比
內置安全機制
三層
交換機可以與普通
路由器一樣,具有
訪問列表的功能,可以實現不同VLAN間的單向或雙向通訊。如果在
訪問列表中進行設定,可以限制用戶訪問特定的IP位址,這樣學校就可以禁止學生訪問不健康的站點。
訪問列表不僅可以用於禁止內部用戶訪問某些站點,也可以用於防止校園網、城域教育網外部的非法用戶訪問校園網、城域教育網內部的
網路資源,從而提高網路的安全。
多媒體傳輸
教育網經常需要傳輸
多媒體信息,這是教育網的一個特色。三層
交換機具有QoS(服務質量)的控制功能,可以給不同的
應用程式分配不同的頻寬。
例如,在校園網、城域教育網中傳輸
視頻流時,就可以專門為視頻傳輸預留一定量的專用頻寬,相當於在網路中開闢了專用通道,其他的
應用程式不能占用這些預留的頻寬,因此能夠保證視頻流傳輸的穩定性。而普通的
二層交換機就沒有這種特性,因此在傳輸視頻數據時,就會出現視頻忽快忽慢的抖動現象。
三層交換機
另外,
視頻點播(VOD)也是教育網中經常使用的業務。但是由於有些
視頻點播系統使用廣播來傳輸,而
廣播包是不能實現跨
網段的,這樣VOD就不能實現跨網段進行;如果採用
單播形式實現VOD,雖然可以實現跨網段,但是支持的同時連線數就非常少,一般幾十個連線就占用了全部頻寬。而三層
交換機具有
組播功能,VOD的數據包以組播的形式發向各個
子網,既實現了跨
網段傳輸,又保證了VOD的性能。
計費功能
在高校校園網及有些地區的城域教育網中,很可能有計費的需求,因為三層
交換機可以識別數據包中的IP位址信息,因此可以統計網路中計算機的數據流量,可以按流量計費,也可以統計計算機連線在網路上的時間,按時間進行計費。而普通的
二層交換機就難以同時做到這兩點。
發展趨勢
最近幾年, 三層交換機不斷拓展原有市場,它正被快速採納。這類新穎的產品得到普及,新式交換機被廣泛布設於區域網路、智慧型社區、某區段內的城域網。網路涵蓋著更廣的區段,現存需求也表現出遞增的總體趨勢。在新技術的帶動下,網路凸顯了縱深延展的態勢。現存運用主要包括:網路遠程授課、網購及觀看視頻、社區影院。網路不斷被延續,分配層及銜接著的骨幹層都添加了分散式路由。依託新穎的模式,分布路由減小了邊緣的流量,便於調配預設的網路策略。從本質上看,三層交換機布設的內在架構較為簡易,它替換了常規架構內的路由裝置。由此可見,若並不要求布設廣域網但又具備路由功能,則可布設這種新式的交換機。
交換機在區域網路內在的匯聚層、搭配的核心層都不可或缺的。從布設的構架看,三層交換機配有百兆乃至千兆這樣的新連線埠,並且銜接至VLAN。現在趨勢是:寬頻網路構建:的範疇更廣,小區中心融匯了這樣的交換機。解析分層設計特有的視角,三層交換機可被推廣並採納。