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，二層交換機屬資料鏈路層裝置，可以識別資料包中的MAC地址資訊，根據MAC地址進行轉發，並將這些MAC地址與對應的埠記錄在自己內部的一個地址表中。

具體的工作流程如下：

1) 當交換機從某個埠收到一個資料包，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埠上的;

2) 再去讀取包頭中的目的MAC地址，並在地址表中查詢相應的埠;

3) 如表中有與這目的MAC地址對應的埠，把資料包直接複製到這埠上;

4) 如表中找不到相應的埠則把資料包廣播到所有埠上，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地址與哪個埠對應，在下次傳送資料時就 不再需要對所有埠進行廣播了。不斷的迴圈這個過程，對於全網的MAC地址資訊都可以學習到，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) 由於交換機對多數埠的資料進行同時交換，這就要求具有很寬的交換匯流排頻寬，如果二層交換機有N個埠，每個埠的頻寬是M,交換機匯流排頻寬超過N×M,那麼這交換機就可以實現線速交換;

2) 學習埠連線的機器的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資料包轉發的ASIC(Application specific Integrated Circuit, 專用積體電路)晶片，因此轉發速度可以做到非常快。由於各個廠家採用ASIC不同，直接影響產品效能。 （網路應用教程）

以上三點也是評判二、三層交換機效能優劣的主要技術引數，這一點請大家在考慮裝置選型時注意比較。

三層交換機

下面先來透過一個簡單的網路來看看三層交換機的工作過程。

使用IP的裝置A------三層交換機------使用IP的裝置B

比如A要給B傳送資料，已知目的IP,那麼A就用子網掩碼取得網路地址，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就傳送一個ARP請求，B返回其MAC地址，A用此MAC封裝資料包併傳送給交換機，交換機起用二層交換模組，查詢MAC地址表， 將資料包轉發到相應的埠。

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，在流快取條目中沒有對應MAC地址條目，就將第一個正常資料包傳送向一個預設 閘道器，這個預設閘道器一般在操作系統中已經設好，對應第三層路由模組，所以可見對於不是同一子網的資料，最先在MAC表中放的是預設閘道器的MAC地址;然後 就由三層模組接收到此資料包，查詢路由表以確定到達B的路由，將構造一個新的幀頭，其中以預設閘道器的MAC地址為源MAC地址，以主機B的MAC地址為目 的MAC地址。透過一定的識別觸發機制，確立主機A與B的MAC地址及轉發埠的對應關係，並記錄進流快取條目表，以後的A到B的資料，就直接交由二層交 換模組完成。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)由硬體結合實現資料的高速轉發。這就不是簡單的二層交換機和路由器的疊加，三層路由模組直接疊加在二層交換的高速背板匯流排上，突破了傳統路由器的介面速率限制，速率可達幾十Gbit/s.算上背板頻寬，這些是三層交換機效能的兩個重要引數。

2)簡潔的路由軟體使路由過程簡化。大部分的資料轉發，除了必要的路由選擇交由路由軟體處理，都是由二層模組高速轉發，路由軟體大多都是經過處理的高效最佳化軟體，並不是簡單照搬路由器中的軟體。

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) 應用埠號。第四層交換功能就象是虛IP,指向物理伺服器。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 業務在物理伺服器基礎上，需要複雜的載量平衡演算法。

在IP世界，業務型別由終端TCP或UDP埠地址來決定，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埠共同決定。在第四層交換中為每個供搜尋使用的伺服器組設立虛IP地址(VIP)，每組伺服器支援某種應用。

在域名伺服器(DNS)中儲存的每個應用伺服器地址是VIP,而不是真實的伺服器地址。當某使用者申請應用時，一個帶有目標伺服器組的VIP連 接請求(例如一個TCP SYN包)發給伺服器交換機。伺服器交換機在組中選取最好的伺服器，將終端地址中的VIP用實際伺服器的IP取代，並將連線請求傳給伺服器。這樣，同一區 間所有的包由伺服器交換機進行對映，在使用者和同一伺服器間進行傳輸。

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。