三層的涵義、三層交換機的工作原理

1、三層的涵義、三層交換機的工作原理三層的涵義三層交換機中的“三層”指的是 OSI（開放系統(tǒng)互連）七層參考模型的下面三 層。如果您想理解三層交換，首先就需要理解OSI參考模型。1、什么是OSI參考模型OSI參考模型是國際標準化組織為了解決不同系統(tǒng)的互聯(lián)而提出的模型，它將 計算機網(wǎng)絡(luò)按功能劃分為七個層次，這就是網(wǎng)絡(luò)通信中的七層模型或七層結(jié)構(gòu)，各 層名稱如圖1所示/應(yīng)用層Z1令話層誡蒂路層-J物理足1圖1OSI各層之間存在相互依存關(guān)系。如果沒有底層，上層也將無從存在。舉一個淺顯的例子。網(wǎng)絡(luò)上數(shù)據(jù)傳輸就像是過地下通道，必須一級一級臺階地下，然后一級一級臺階地上，才能完成整個過程，如圖2所示rHFJ-I

2、-暉菽矗皆M馬幣見-1-1軸冋審八1| M 如 i1圖22、OSI參考模型與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備OSI參考模型與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如集線器、交換機、路由器，存在一一對應(yīng)的關(guān) 系，圖3就是OSI模型下三層與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理的數(shù)據(jù)單元的對應(yīng)圖。(1) 第一層物理層 物理層設(shè)備是最低層次的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主要負責實際的信號傳輸，即比特流。對于物理層設(shè)備來講，它只認識比特流，至于什么 MAC地址、IP地址，它什么也不 知道。有些校園網(wǎng)中現(xiàn)在還在使用的集線器 (Hub) 就是典型的物理層設(shè)備。(2) 第二層數(shù)據(jù)鏈路層 數(shù)據(jù)鏈路層負責在兩個主機上建立數(shù)據(jù)鏈路連接，向物理層傳輸數(shù)據(jù)幀，并對信號進行處理使之無差錯并合理地傳輸。校

3、園網(wǎng)中我們最常使用的交換機 (Switch) 就是典型的數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備。對于數(shù) 據(jù)鏈路層設(shè)備來講，它只認識幀和比特流 ( 二層以下的數(shù)據(jù) )，至于 IP 地址(三層以 上的東西 )，它就不知道了?！皫笔堑诙拥臄?shù)據(jù)單元，而且只在第二層中才有 意義。二層交換機只能連接 IP 地址在同一子網(wǎng)內(nèi)的計算機，如果計算機的 IP 地址在 不同的子網(wǎng)內(nèi)，即使連接在同一臺交換機的端口上，雖然近在咫尺，也不能相互通 信，因為現(xiàn)在的計算機是通過 IP 地址相互通信的，而交換機不能識別 IP 地址。(3) 第三層網(wǎng)絡(luò)層 網(wǎng)絡(luò)層主要負責路由，即選擇合適的路徑的功能。網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常使用的路由器(Router) 就是典型的

4、網(wǎng)絡(luò)層設(shè)備，它能夠識別幀中的三層地址。比如一臺 IP 地址 為“192.168.1.1 ”的計算機想與 IP 地址為“ 10.1.1.2 ”的計算機通信，因為它們 不在同一子網(wǎng)里，必須通過路由器路由才能實現(xiàn)通信。三層交換機的工作原理三層交換是相對于傳統(tǒng)的交換概念而提出的。傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在OSI網(wǎng)絡(luò)參 考模型中的第二層 (即數(shù)據(jù)鏈路層 ) 進行操作的，而三層交換技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層實現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。簡單地說，三層交換技術(shù)就是二層交換技術(shù)+三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，三層交換機就是“二層交換機 +基于硬件的路由器”。圖3那么三層交換是怎樣實現(xiàn)的呢，三層交換的技術(shù)細節(jié)非常復雜，不可能一下子 講清楚，

5、不過您可以簡單地將三層交換機理解為由一臺路由器和一臺二層交換機構(gòu) 成，如圖4所示。兩臺處于不同子網(wǎng)的主機通信，必須要通過路由器進行路由。在圖4中，主機A向主機B發(fā)送的第1個數(shù)據(jù)包必須要經(jīng)過三層交換機中的路由處理器進行路由才 能到達主機B,但是當以后的數(shù)據(jù)包再發(fā)向主機 B時，就不必再經(jīng)過路由處理器處 理了，因為三層交換機有“記憶”路由的功能。三層交換機的路由記憶功能是由路由緩存來實現(xiàn)的。當一個數(shù)據(jù)包發(fā)往三層交 換機時，三層交換機首先在它的緩存列表里進行檢查，看看路由緩存里有沒有記 錄，如果有記錄就直接調(diào)取緩存的記錄進行路由，而不再經(jīng)過路由處理器進行處 理，這樣的數(shù)據(jù)包的路由速度就大大提高了。如果

6、三層交換機在路由緩存中沒有發(fā) 現(xiàn)記錄，再將數(shù)據(jù)包發(fā)往路由處理器進行處理，處理之后再轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。圖4三層交換機的緩存機制與CPU勺緩存機制是非常相似的。大家都有這樣的印象，開機后第一次運行某個大型軟件時會非常慢，但是當關(guān)閉這個軟件之后再次運 行這個軟件，就會發(fā)現(xiàn)運行速度大大加快了，比如本來打開Word需要56秒，關(guān)閉后再打開Word,就會發(fā)現(xiàn)只需要12秒就可以打開了。原因在于 CPU內(nèi)部有一 級緩存和二級緩存，會暫時儲存最近使用的數(shù)據(jù)，所以再次啟動會比第一次啟動快 得多。具有“路由器的功能、交換機的性能” 的三層交換機雖然同時具有二層交換 和三層路由的特性，但是三層交換機與路由器在結(jié)構(gòu)和性能上還是存在很大區(qū)別 的。在