为什么要使用交换式以太网?二层交换,三层交换,四层交换,起层交换各自是如何工作的?能实现什么功能?

四层交换机与二层、三层交换机的区别~

二层、三层、四层交换机的区别


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×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。


（二）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）三层交换技术

近年来的对三层技术的宣传，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

使用IP的设备A------------------------三层交换机------------------------使用IP的设备B

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。

结论

二层交换机用于小型的局域网络。这个就不用多言了，在小型局域网中，广播包影响不大，二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低谦价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。

路由器的优点在于接口类型丰富，支持的三层功能强大，路由能力强大，适合用于大型的网络间的路由，它的优势在于选择最佳路由，负荷分担，链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等等路由器所具有功能。

三层交换机的最重要的功能是加快大型局域网络内部的数据的快速转发，加入路由功能也是为这个目的服务的。如果把大型网络按照部门，地域等等因素划分成一个个小局域网，这将导致大量的网际互访，单纯的使用二层交换机不能实现网际互访；如单纯的使用路由器，由于接口数量有限和路由转发速度慢，将限制网络的速度和网络规模，采用具有路由功能的快速转发的三层交换机就成为首选。

一般来说，在内网数据流量大，要求快速转发响应的网络中，如全部由三层交换机来做这个工作，会造成三层交换机负担过重，响应速度受影响，将网间的路由交由路由器去完成，充分发挥不同设备的优点，不失为一种好的组网策略，当然，前提是客户的腰包很鼓，不然就退而求其次，让三层交换机也兼为网际互连。

第四层交换的一个简单定义是：它是一种功能，它决定传输不仅仅依据MAC地址(第二层网桥)或源/目标IP地址(第三层路由),而且依据TCP/UDP(第四层) 应用端口号。第四层交换功能就象是虚IP，指向物理服务器。它传输的业务服从的协议多种多样，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议。这些业务在物理服务器基础上，需要复杂的载量平衡算法。在IP世界，业务类型由终端TCP或UDP端口地址来决定，在第四层交换中的应用区间则由源端和终端IP地址、TCP和UDP端口共同决定。

在第四层交换中为每个供搜寻使用的服务器组设立虚IP地址（VIP），每组服务器支持某种应用。在域名服务器（DNS）中存储的每个应用服务器地址是VIP，而不是真实的服务器地址。

当某用户申请应用时，一个带有目标服务器组的VIP连接请求（例如一个TCP SYN包）发给服务器交换机。服务器交换机在组中选取最好的服务器，将终端地址中的VIP用实际服务器的IP取代，并将连接请求传给服务器。这样，同一区间所有的包由服务器交换机进行映射，在用户和同一服务器间进行传输。

第四层交换的原理

OSI模型的第四层是传输层。传输层负责端对端通信，即在网络源和目标系统之间协调通信。在IP协议栈中这是TCP（一种传输协议）和UDP（用户数据包协议）所在的协议层。

在第四层中，TCP和UDP标题包含端口号（portnumber），它们可以唯一区分每个数据包包含哪些应用协议（例如HTTP、FTP等）。端点系统利用这种信息来区分包中的数据，尤其是端口号使一个接收端计算机系统能够确定它所收到的IP包类型，并把它交给合适的高层软件。端口号和设备IP地址的组合通常称作“插口（socket）”。 1和255之间的端口号被保留，他们称为“熟知”端口，也就是说，在所有主机TCP/IP协议栈实现中，这些端口号是相同的。除了“熟知”端口外，标准UNIX服务分配在256到1024端口范围，定制的应用一般在1024以上分配端口号. 分配端口号的最近清单可以在RFc1700”Assigned Numbers”上找到。TCP／UDP端口号提供的附加信息可以为网络交换机所利用，这是第4层交换的基础。

"熟知"端口号举例:

应用协议 端口号
FTP 20（数据）
21（控制）
TELNET 23
SMTP 25
HTTP 80
NNTP 119
NNMP 16
162（SNMP traps）
TCP/UDP端口号提供的附加信息可以为网络交换机所利用，这是第四层交换的基础。

具有第四层功能的交换机能够起到与服务器相连接的“虚拟IP”(VIP)前端的作用。

每台服务器和支持单一或通用应用的服务器组都配置一个VIP地址。这个VIP地址被发送出去并在域名系统上注册。

在发出一个服务请求时，第四层交换机通过判定TCP开始，来识别一次会话的开始。然后它利用复杂的算法来确定处理这个请求的最佳服务器。一旦做出这种决定，交换机就将会话与一个具体的IP地址联系在一起，并用该服务器真正的IP地址来代替服务器上的VIP地址。

每台第四层交换机都保存一个与被选择的服务器相配的源IP地址以及源TCP 端口相关联的连接表。然后第四层交换机向这台服务器转发连接请求。所有后续包在客户机与服务器之间重新影射和转发，直到交换机发现
会话为止。

在使用第四层交换的情况下，接入可以与真正的服务器连接在一起来满足用户制定的规则，诸如使每台服务器上有相等数量的接入或根据不同服务器的容量来分配传输流。

如何选用合适的第四层交换

a,速度

为了在企业网中行之有效，第四层交换必须提供与第三层线速路由器可比拟的性能。也就是说，第四层交换必须在所有端口以全介质速度操作，即使在多个千兆以太网连接上亦如此。千兆以太网速度等于以每秒488000 个数据包的最大速度路由(假定最坏的情形,即所有包为以及网定义的最小尺寸,长64字节)。

b,服务器容量平衡算法


依据所希望的容量平衡间隔尺寸，第四层交换机将应用分配给服务器的算法有很多种，有简单的检测环路最近的连接、检测环路时延或检测服务器本身的闭环反馈。在所有的预测中，闭环反馈提供反映服务器现有业务量的最精确的检测。

c,表容量

应注意的是，进行第四层交换的交换机需要有区分和存贮大量发送表项的能力。交换机在一个企业网的核心时尤其如此。许多第二/ 三层交换机倾向发送表的大小与网络设备的数量成正比。对第四层交换机，这个数量必须乘以网络中使用的不同应用协议和会话的数量。因而发送表的大小随端点设备和应用类型数量的增长而迅速增长。第四层交换机设计者在设计其产品时需要考虑表的这种增长。大的表容量对制造支持线速发送第四层流量的高性能交换机至关重要.

d,冗余

第四层交换机内部有支持冗余拓扑结构的功能。在具有双链路的网卡容错连接时，就可能建立从一个服务器到网卡，链路和服务器交换器的完全冗余系统。

二层交换
二层交换技术的发展比较成熟，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，交换机又可以记录这一目的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×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, 专用集成电路）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。
三层交换
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。
使用IP的设备A------------------------三层交换机------------------------使用IP的设备B
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：
1）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。
2）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，都是由二层模块高速转发，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。
二层和三层交换机的选择
二层交换机用于小型的局域网络。这个就不用多言了，在小型局域网中，广播包影响不大，二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低谦价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。
路由器的优点在于接口类型丰富，支持的三层功能强大，路由能力强大，适合用于大型的网络间的路由，它的优势在于选择最佳路由，负荷分担，链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等等路由器所具有功能。
三层交换机的最重要的功能是加快大型局域网络内部的数据的快速转发，加入路由功能也是为这个目的服务的。如果把大型网络按照部门，地域等等因素划分成一个个小局域网，这将导致大量的网际互访，单纯的使用二层交换机不能实现网际互访；如单纯的使用路由器，由于接口数量有限和路由转发速度慢，将限制网络的速度和网络规模，采用具有路由功能的快速转发的三层交换机就成为首选。
一般来说，在内网数据流量大，要求快速转发响应的网络中，如全部由三层交换机来做这个工作，会造成三层交换机负担过重，响应速度受影响，将网间的路由交由路由器去完成，充分发挥不同设备的优点，不失为一种好的组网策略，当然，前提是客户的腰包很鼓，不然就退而求其次，让三层交换机也兼为网际互连。
四层交换
第四层交换的一个简单定义是：它是一种功能，它决定传输不仅仅依据MAC地址(第二层网桥)或源/目标IP地址（第三层路由），而且依据TCP/UDP(第四层) 应用端口号。第四层交换功能就象是虚IP，指向物理服务器。它传输的业务服从的协议多种多样，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议。这些业务在物理服务器基础上，需要复杂的载量平衡算法。
在IP世界，业务类型由终端TCP或UDP端口地址来决定，在第四层交换中的应用区间则由源端和终端IP地址、TCP和UDP端口共同决定。 在第四层交换中为每个供搜寻使用的服务器组设立虚IP地址（VIP），每组服务器支持某种应用。在域名服务器（DNS）中存储的每个应用服务器地址是VIP，而不是真实的服务器地址。当某用户申请应用时，一个带有目标服务器组的VIP连接请求（例如一个TCP SYN包）发给服务器交换机。服务器交换机在组中选取最好的服务器，将终端地址中的VIP用实际服务器的IP取代，并将连接请求传给服务器。这样，同一区间所有的包由服务器交换机进行映射，在用户和同一服务器间进行传输。
第四层交换的原理
OSI模型的第四层是传输层。传输层负责端对端通信，即在网络源和目标系统之间协调通信。在IP协议栈中这是TCP（一种传输协议）和UDP（用户数据包协议）所在的协议层。
在第四层中，TCP和UDP标题包含端口号（port number），它们可以唯一区分每个数据包包含哪些应用协议（例如HTTP、FTP等）。端点系统利用这种信息来区分包中的数据，尤其是端口号使一个接收端计算机系统能够确定它所收到的IP包类型，并把它交给合适的高层软件。端口号和设备IP地址的组合通常称作"插口（socket）"。1和255之间的端口号被保留，他们称为"熟知"端口，也就是说，在所有主机TCP/I P协议栈实现中，这些端口号是相同的。除了"熟知"端口外，标准UNIX服务分配在256到1024端口范围，定制的应用一般在1024以上分配端口号。分配端口号的最近清单可以在RFC1700 "Assigned Numbers"上找到。
TCP/UDP端口号提供的附加信息可以为网络交换机所利用，这是第四层交换的基础。具有第四层功能的交换机能够起到与服务器相连接的"虚拟IP"(VIP)前端的作用。每台服务器和支持单一或通用应用的服务器组都配置一个VIP地址。这个VIP地址被发送出去并在域名系统上注册。在发出一个服务请求时，第四层交换机通过判定TCP开始，来识别一次会话的开始。然后它利用复杂的算法来确定处理这个请求的最佳服务器。一旦做出这种决定，交换机就将会话与一个具体的IP地址联系在一起，并用该服务器真正的IP地址来代替服务器上的VIP地址。
每台第四层交换机都保存一个与被选择的服务器相配的源IP地址以及源TCP端口相关联的连接表。然后第四层交换机向这台服务器转发连接请求。所有后续包在客户机与服务器之间重新影射和转发，直到交换机发现会话为止。在使用第四层交换的情况下，接入可以与真正的服务器连接在一起来满足用户制定的规则，诸如使每台服务器上有相等数量的接入或根据不同服务器的容量来分配传输流。

交换式技术发展过程

以太网交换机，英文为SWITCH，也有人翻译为开关，交换器或称交换式集线器。我们首先回顾一下局域网的发展过程。

计算机技术与通信技术的结合促进了计算机局域网络的飞速发展，从六十年代末ALOHA的出现到九十年代中期1000MBPS交换式以太网的登台亮相，短短的三十年间经过了从单工到双工，从共享到交换，从低速到高速，从简单到复杂，从昂贵到普及的飞跃。

八十年代中后期，由于通信量的急剧增加，促使技术的发展，使局域网的性能越来越高，最早的1MBPS的速率已广泛地被今天的100BASE-T和100CG-ANYLAN替代，但是，传统的媒体访问方法都局限于使大量的站点共享对一个公共传输媒体的访问，既CSMA/CD。

九十年代初，随着计算机性能的提高及通信量的聚增，传统局域网已经愈来愈超出了自身的负荷，交换式以太网技术应运而生，大大提高了局域网的性能。与现在基于网桥和路由器的共享媒体的局域网拓扑结构相比，网络交换机能显著的增加带宽。交换技术的加入，就可以建立地理位置相对分散的网络，使局域网交换机的每个端口可平行、安全、同时的互相传输信息，而且使局域网可以高度扩充。

从网桥、多端口网桥到交换机

局域网交换技术的发展要追溯到两端口网桥。桥是一种存储转发设备，用来连接相似的局域网。从互联网络的结构看，桥是属于DCE级的端到端的连接；从协议层次看，桥是在逻辑链路层对数据帧进行存储转发；与中继器在第一层、路由器在第三层的功能相似。两端口网桥几乎是和以太网同时发展的。

以太网交换技术(SWITCH)是在多端口网桥的基础上与九十年代初发展起来的，实现OSI模型的下两层协议，与网桥有着千丝万缕的关系，甚至被业界人士称为"许多联系在一起的网桥"，因此现在的交换式技术并不是什么新的标准，而是现有技术的新应用而已，是一种改进了的局域网桥，与传统的网桥相比，它能提供更多的端口(4～88)、更好的性能、更强的管理功能以及更便宜的价格。现在某些局域网交换机也实现了OSI参考模型的第三层协议，实现简单的路由选择功能，目前很热的第三层交换就是指此。以太网交换机又与电话交换机相似，除了提供存储转发(STORE ANG FORWORD)方式外还提供了其它的桥接技术，如：直通方式(CUT THROUGH)。

交换式以太网的工作原理

以太网交换机的原理很简单，它检测从以太端口来的数据包的源和目的地的MAC(介质访问层)地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较，若数据包的MAC层地址不在查找表中，则将该地址加入查找表中，并将数据包发送给相应的目的端口。

交换式以太网技术的优点

交换式以太网不需要改变网络其它硬件，包括电缆和用户的网卡，仅需要用交换式交换机改变共享式HUB，节省用户网络升级的费用。

可在高速与低速网络间转换，实现不同网络的协同。目前大多数交换式以太网都具有100MBPS的端口，通过与之相对应的100MBPS的网卡接入到服务器上，暂时解决了10MBPS的瓶颈，成为网络局域网升级时首选的方案。

它同时提供多个通道，比传统的共享式集线器提供更多的带宽，传统的共享式10MBPS/100MPS以太网采用广播式通信方式，每次只能在一对用户间进行通信，如果发生碰撞还得重试，而交换式以太网允许不同用户间进行传送，比如，一个16端口的以太网交换机允许16个站点在8条链路间通信。

特别是在时间响应方面的优点，使的局域网交换机倍受青睐。它以比路由器低的成本却提供了比路由器宽的带宽、高的速度，除非有上广域网(WAN)的要求，否则，交换机有替代路由器的趋势。

直通式(cut throuth)，存储转发(store-and-forward)的比较

直通方式的以太网络交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。由于不需要存储，延迟(LATENCY)非常小、交换非常快，这是它的优点；它的缺点是：因为数据包的内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力，由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且，当以太网络交换机的端口增加时，交换矩阵变的越来越复杂，实现起来相当困难。

存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式，它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行CRC检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，单是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，尤其重要的是它可以支持不同速度的输入输出端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。

第二层和第三层交换及其与路由器方案的竞争

局域网交换机是工作在OSI第二层的，可以理解为一个多端口网桥，因此传统上称为第二层交换；目前，交换技术已经延伸到OSI第三层的部分功能，既所谓第三层交换，第三层交换可以不将广播封包扩散，直接利用动态建立的MAC地址来通信，似乎可以看懂第三层的信息，如IP地址、ARP等，具有多路广播和虚拟网间基于IP、IPX等协议的路由功能，这方面功能的顺利实现得力于专用集成电路(ASIC)的加入，把传统的由软件处理的指令改为ASIC芯片的嵌入式指令，从而加速了对包的转发和过滤，使得高速下的线性路由和服务质量都有了可靠的保证。目前，如果没有上广域网的需要，在建网方案中一般不再应用价格昂贵、带宽有限的路由器。

虚拟局域网技术

交换技术的发展，允许区域分散的组织在逻辑上成为一个新的工作组，而且同一工作组的成员能够改变其物理地址而不必重新配置节点，这就是用到所谓的虚拟局域网技术(VLAN)。用交换机建立虚拟网就是使原来的一个大广播区(交换机的所有端口)逻辑的分为若干个"子广播区"，在子广播区里的广播封包只会在该广播区内传送，其它的广播区是收不到的。VLAN通过交换技术将通信量进行有效分离，从而更好地利用带宽
交换式技术发展过程

以太网交换机，英文为SWITCH，也有人翻译为开关，交换器或称交换式集线器。我们首先回顾一下局域网的发展过程。

计算机技术与通信技术的结合促进了计算机局域网络的飞速发展，从六十年代末ALOHA的出现到九十年代中期1000MBPS交换式以太网的登台亮相，短短的三十年间经过了从单工到双工，从共享到交换，从低速到高速，从简单到复杂，从昂贵到普及的飞跃。

八十年代中后期，由于通信量的急剧增加，促使技术的发展，使局域网的性能越来越高，最早的1MBPS的速率已广泛地被今天的100BASE-T和100CG-ANYLAN替代，但是，传统的媒体访问方法都局限于使大量的站点共享对一个公共传输媒体的访问，既CSMA/CD。

九十年代初，随着计算机性能的提高及通信量的聚增，传统局域网已经愈来愈超出了自身的负荷，交换式以太网技术应运而生，大大提高了局域网的性能。与现在基于网桥和路由器的共享媒体的局域网拓扑结构相比，网络交换机能显著的增加带宽。交换技术的加入，就可以建立地理位置相对分散的网络，使局域网交换机的每个端口可平行、安全、同时的互相传输信息，而且使局域网可以高度扩充。

从网桥、多端口网桥到交换机

局域网交换技术的发展要追溯到两端口网桥。桥是一种存储转发设备，用来连接相似的局域网。从互联网络的结构看，桥是属于DCE级的端到端的连接；从协议层次看，桥是在逻辑链路层对数据帧进行存储转发；与中继器在第一层、路由器在第三层的功能相似。两端口网桥几乎是和以太网同时发展的。

以太网交换技术(SWITCH)是在多端口网桥的基础上与九十年代初发展起来的，实现OSI模型的下两层协议，与网桥有着千丝万缕的关系，甚至被业界人士称为"许多联系在一起的网桥"，因此现在的交换式技术并不是什么新的标准，而是现有技术的新应用而已，是一种改进了的局域网桥，与传统的网桥相比，它能提供更多的端口(4～88)、更好的性能、更强的管理功能以及更便宜的价格。现在某些局域网交换机也实现了OSI参考模型的第三层协议，实现简单的路由选择功能，目前很热的第三层交换就是指此。以太网交换机又与电话交换机相似，除了提供存储转发(STORE ANG FORWORD)方式外还提供了其它的桥接技术，如：直通方式(CUT THROUGH)。

交换式以太网的工作原理

以太网交换机的原理很简单，它检测从以太端口来的数据包的源和目的地的MAC(介质访问层)地址，然后与系统内部的动态查找表进行比较，若数据包的MAC层地址不在查找表中，则将该地址加入查找表中，并将数据包发送给相应的目的端口。

交换式以太网技术的优点

交换式以太网不需要改变网络其它硬件，包括电缆和用户的网卡，仅需要用交换式交换机改变共享式HUB，节省用户网络升级的费用。

可在高速与低速网络间转换，实现不同网络的协同。目前大多数交换式以太网都具有100MBPS的端口，通过与之相对应的100MBPS的网卡接入到服务器上，暂时解决了10MBPS的瓶颈，成为网络局域网升级时首选的方案。

它同时提供多个通道，比传统的共享式集线器提供更多的带宽，传统的共享式10MBPS/100MPS以太网采用广播式通信方式，每次只能在一对用户间进行通信，如果发生碰撞还得重试，而交换式以太网允许不同用户间进行传送，比如，一个16端口的以太网交换机允许16个站点在8条链路间通信。

特别是在时间响应方面的优点，使的局域网交换机倍受青睐。它以比路由器低的成本却提供了比路由器宽的带宽、高的速度，除非有上广域网(WAN)的要求，否则，交换机有替代路由器的趋势。

直通式(cut throuth)，存储转发(store-and-forward)的比较

直通方式的以太网络交换机可以理解为在各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检查该包的包头，获取包的目的地址，启动内部的动态查找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交换功能。由于不需要存储，延迟(LATENCY)非常小、交换非常快，这是它的优点；它的缺点是：因为数据包的内容并没有被以太网交换机保存下来，所以无法检查所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力，由于没有缓存，不能将具有不同速率的输入/输出端口直接接通，而且，当以太网络交换机的端口增加时，交换矩阵变的越来越复杂，实现起来相当困难。

存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式，它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行CRC检查，在对错误包处理后才取出数据包的目的地址，通过查找表转换成输出端口送出包。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大，这是它的不足，单是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，尤其重要的是它可以支持不同速度的输入输出端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。

第二层和第三层交换及其与路由器方案的竞争

局域网交换机是工作在OSI第二层的，可以理解为一个多端口网桥，因此传统上称为第二层交换；目前，交换技术已经延伸到OSI第三层的部分功能，既所谓第三层交换，第三层交换可以不将广播封包扩散，直接利用动态建立的MAC地址来通信，似乎可以看懂第三层的信息，如IP地址、ARP等，具有多路广播和虚拟网间基于IP、IPX等协议的路由功能，这方面功能的顺利实现得力于专用集成电路(ASIC)的加入，把传统的由软件处理的指令改为ASIC芯片的嵌入式指令，从而加速了对包的转发和过滤，使得高速下的线性路由和服务质量都有了可靠的保证。目前，如果没有上广域网的需要，在建网方案中一般不再应用价格昂贵、带宽有限的路由器。

虚拟局域网技术

交换技术的发展，允许区域分散的组织在逻辑上成为一个新的工作组，而且同一工作组的成员能够改变其物理地址而不必重新配置节点，这就是用到所谓的虚拟局域网技术(VLAN)。用交换机建立虚拟网就是使原来的一个大广播区(交换机的所有端口)逻辑的分为若干个"子广播区"，在子广播区里的广播封包只会在该广播区内传送，其它的广播区是收不到的。VLAN通过交换技术将通信量进行有效分离，从而更好地利用带宽，并可从逻辑的角度出发将实际的LAN基础设施分割成多个子网，它允许各个局域网运行不同的应用协议和拓扑结构，对这部分详细内容感兴趣的读者可以参考IEEE802.10规定。

回答的很全面，很感谢，

说的很好。

好

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栾城县17037757370： 为什么要用交换式网络替代共享式网络? ？
贸蔡依大： 为什么要用交换式网络替代共享式网络:·减少冲突:交换机将冲突隔绝在每一个端口(每个端口都是一个冲突域),避免了冲突的扩散

栾城县17037757370： 两层交换的含义,怎么实现? - ？
贸蔡依大： 呵呵,不是这样的. 网络根据ISO模型来参照分层的,总共有七层. 依次为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层. 交换机工作在第二层,就是数据链路层啦.所以叫做二层交换机 现在有三层交换机和四层交换机,就是具有二层交换功能的同时,也具备网络层和传输层的功能.

栾城县17037757370： 什么是二层到七层交换机技术适用环境? ？
贸蔡依大： 网络技术发展迅猛,以太网占据了统治地位.为了适应网络应用深化带来的挑战,网络的规模和速度都在急剧发展,局域网的速度已从最初的10Mbit/s提高到100Mbit/s,...

栾城县17037757370： 交换式以太网技术的优点是什么? ？
贸蔡依大： 交换式以太网不需要改变网络其它硬件,包括电缆和用户的网卡,仅需要用交换式交换机改变共享式HUB,节省用户网络升级的费用.可在高速与低速网络间转换,实现不...

栾城县17037757370： 什么是交换型以太网 - ？
贸蔡依大： 交换式以太网核心部件是交换机.它也就是为了解决重负载下.以太网的吞吐率大大下降.因为存在所以的站竞争同一通信道引起.也所以它是802,3标种的改进.谢谢参考

栾城县17037757370： 与共享式以太网相比,为什么说交换式以太网能够提高网络的性能简答 - ？
贸蔡依大： 传统共享式以太网是基于CSMA/CD实现信道共享的,碰撞检测等需要占用额外开销,同时整个链路是共享的,显而易见,当主机太多时效率会大大降低.而交换式局域网既可以为每一个点对点的连接提供一条专门的通路,也支持点对多的广播、组播等,比较而言,网络的性能(如吞吐量、延迟等)和服务的质量都大幅提升了.

栾城县17037757370： 以太网交换机的应用层级,二层和三层有什么区别?？
贸蔡依大： 楼主我分解下你的问题,依次回答. 1. 首先你提到以太网交换机,以太网是局域网,并且是OSI七层模型中第二层的概念.以太网交换机就是二层交换机,特点是利用MAC地址进行线性转发. 2.三层交换机工作在OSI七层模型第三层,这层有个...

栾城县17037757370： 交换式以太网技术工作原理的优点是什么呢? ？
贸蔡依大： 它同时提供多个通道,比传统的共享式集线器提供更多的带宽,传统的共享式10MBPS/100MPS以太网采用广播式通信方式,每次只能在一对用户间进行通信,如果发生碰...

栾城县17037757370： 交换式以太网技术的工作原理是什么呢? ？
贸蔡依大： 交换式以太网技术的工作原理 以太网交换机的原理很简单,它检测从以太端口来的数据包的源和目的地的MAC(介质访问层)地址,然后与系统内部的动态查找表进行比较,若数据包的MAC层地址不在查找表中,则将该地址加入查找表中,并将数据包发送给相应的目的端口. 交换式以太网技术的优点 交换式以太网技术不需要改变网络其它硬件,包括电缆和用户的网卡,仅需要用交换式交换机改变共享式HUB,节省用户网络升级的费用.可在高速与低速网络间转换,实现不同网络的协同.目前大多数交换式以太网都具有100MBPS的端口,通过与之相对应的100MBPS的网卡接入到服务器上,暂时解决了10MBPS的瓶颈,成为网络局域网升级时首选的方案.

栾城县17037757370： 什么是二层交换机,三层交换机? - ？
贸蔡依大： 三层交换机使用了三层交换技术 简单地说,三层交换技术就是:二层交换技术+三层转发技术.它解决了局域网中网段划分之后,网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面,解决了传统路由器...