什么是三层交换机?三层是指哪三层?它的功能有哪些?

什么是三层交换机？~

三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。三层交换技术就是二层交换技术＋三层转发技术。传统交换技术是在OSI网络标准模型第二层——数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发，既可实现网络路由功能，又可根据不同网络状况做到最优网络性能

一、什么是三层交换机

在92年，就已经有三层交换机诞生，那么到底什么是三层交换机呢？在早期，人们想把二层交换和三层路由功能结合在一台设备上，以减少 设备数量。那时第三层交换是基于软件的，转发速度很慢，后来才发展到以硬件来实现三层交换。从今天来看，三层交换机实质就是一种特殊的路由器，是一种在性能上侧重于交换（二层和三层），有很强交换能力而价格低廉的路由器。它以ASIC实现IP包的三层交换，其交换能力都在MPPS以上，而传统的路由器一般不超过10万包/秒（这里指的是单块板的转发能力，不是指采用分布式转发情况多块板的总的转发能力，也不包括现在采用昂贵的网络处理器构成的GSR等，此外现在有更高速CPU推出，但也很难超过1MPPS 【3】）。网络处理器价格高昂在于它除了三层交换部分本身比较复杂外，它还有很强的QOS，POLICY等功能。以IBM的Rainer处理器为例：它的 硬件可管理上千个流，软件配置不同流的带宽，内嵌 PowerPC 处理器； 拥有大量的协处理器和硬件加速器，可以并行地处理数据。而三层交换机的转发部分为了降低成本，根本不可能线速支持上千个流并有能力进行带宽分配。原来有人有一种观点，那就是用最长匹配实现大路由表查找的CAM很贵，换句话说用硬件来实现大路由表的最长匹配搜索成本很高，从调查资料来看，这种观点看来并不一定对。路由表的搜索采用CAM实现成本也并不高。以 Kawasaki LSI公司的支持最长匹配搜索的的CAM芯片KE5BLME064为例，它支持64K的路由前缀项，每个ENTRY 40bit 宽，包搜索速度可达6.7Mpps，时延为数百个纳秒，而价格不到60美元【6】。当然减少支持的路由表项无疑能降低成本，而且就三层交换机通常的应用环境来看不需要太多的路由表项，因此一般三层交换机支持的路由表项比GSR要少，例如CISCO 4000系列只支持到16K--32K路由表项，北电的ACCLER 1000支持32K。不过CISCO应用在6500系列上的SUPER ENGINES 2已经支持到128K，已经可以和骨干网路由器的表项相当了。CISCO设计的转发引擎上支持的路由表越来越大和CISCO考虑到三层交换机往城域网和骨干网上应用有关。总的来看，网络处理器之所以贵，应该还是贵在它的灵活性上，贵在支持QOS，POLICY，以及多种协议，尤其是有些协议还没有完全形成标准，网络处理器可能只需修改软件就可以支持（多数三层交换机就有困难，这也导致有很多厂家早期三层交换机与现在的协议不兼容），网络处理器要对包内容进行更多的识别，更复杂的调度，为了达到线速处理，里面常集合多个微引擎，支持多线程处理。这些也许才是导致网络处理器价格急剧上升的主要原因。相比起来三层交换机在这方面能力就很弱，例如CISCO 6000系列只支持16个QOS队列，4000只支持一个，5500支持两个，而Extreme的 三层引擎只支持4个队列。

因为是采用硬件实现三层交换，所以交换速度能做到很高，但要想同时支持大量三层协议，如IP,　IPX，AppleTalk,　DECnet等等，这些协议的封包格式不一样，用软件实现起来容易，用硬件实现却非常困难，用硬件实现转发的协议太多，只会带来成本的急剧上升，因此三层交换机上一般只考虑支持较为常用的IP，IPX协议，IP多播。也有的三层交换机支持其它的，但那是用软件实现的，转发速率较低，例如 CISCO 的CATALYST 6000系列就在MSFC上用软件实现AppleTalk等，转发速率在10万－20万包/秒【4】。

三层交换机现在主要提供以太网接口。以太网技术简单，价格低廉，在企业网里应用最为普遍，三层交换机采用以太网接口，能为企业网提供廉价而高速交换的设备，替代价格高昂而性能却上不去的的路由器。三层交换机的ASIC同时提供IP的二层和三层交换，把原来二层以太网交换机和路由器的功能熔为一体，极大的降低了用户的成本。随着宽带业务的兴起，三层交换机的应用范围不断拓展，尤其是GE和10G以太网技术的迅速发展，导致三层交换机从企业网已经逐步走向了城域网，而应用范围的拓展也促进了其设计的革新。例如原来在三层交换机广泛采用的是CACHE技术，在三层交换机往城域网和骨干网上应用时，业务流无规则性越来越强，网络拓扑变更也有增加，因为视频语言业务的增加，QOS等也有需求，采用这种技术的弊病越来越明显；三层交换机在向城域网和骨干网上发展时要求三层交换机需要支持的协议也越来越多，如有的厂家三层交换机已经支持OSPF, BGP，MPLS等协议，有的甚至采用可编程ASIC,支持IPV6。

三层交换机上支持的接口种类也越来越多，有的已经支持广域网口，例如CISCO 6000系列就提供广域网模块 flexWAN，可提供各种广域网接口。如ATM ，POS，帧中继,PPP等。但这部分也是和传统路由器一样，用软件来处理的, flexWAN上有两个263M的RM7000处理器来处理这些广域网接口协议，接口速度上不去，目前只支持到OC-3 ATM或OC-3 POS。这些广域网接口的适配器和CISCO 7200/7500系列兼容； 但可以肯定，如果你想在三层交换机上选用广域网接口，那和普通路由器上的广域网接口价格应该差不多，因为在接口上采用的技术是一样的。但这样一来，三层交换机导致了一向引以提供广域网接口而作为卖点的诸如CISCO 7000这类路由器就鲜有出路，有评论说这类路由器正在走向终结。

三层交换机一般不支持广域网口还有一个原因就是因为不同的广域网口，其MTU可能不一样，这样如果要达到线速转发的话，就必须在硬件上支持分片，这会导致设计很繁琐，目前的三层交换机都不支持分片，而交换机上全部采用以太网接口就不存在这一问题。 但这些厂家只是为了增强三层交换机的卖点而提供的多种广域网接口和协议模块，不能从硬件上就提供二层高速转发，而纯利用三层交换机的三层交换交换功能，不能充分发挥三层交换机的功能。增加广域网接口有个好处就是如果三层交换机需要和广域网相连上internet的话，就比较灵活，不一定在出口处非加一级路由器，而目前很多厂家三层交换机对广域网口不支持，结果在组网时上连internet都要增加一个路由器，当然这里不完全是因为接口的原因，还有这些三层交换机支持协议有限，例如不支持BGP协议，支持的路由表项不足，防火墙功能不完善有关系。

三层交换机根据应用场合分多种档次，性能和价格都不一样，不能一概而论。在城域网甚至骨干网上应用的三层交换机，要求在三层交换机上增加的功能也多，性能的提高伴随着设计复杂度的增大，必然带来价格的上升，特别高端的三层交换机实际就和GSR没有区别了。应该说，如果达到这个档次的三层交换机实际已经不能叫三层交换机，就象JUNIPER的高端路由器一样，它的主要部件都是以ASIC设计的，我们称之为三层交换机也不是不可以，但它的ASIC实现的功能太复杂，太强大，价格很高昂，还是称之为高端路由器更合适。通常的三层交换机之所以被称为交换机就是因为它的功能有限，主要以面向交换为目的，所以才称之为交换机。它的设计主要以面向企业网和城域网而设计的，在这个层面上需求的数量达，对这个层面上的用户而言，在达到满足主要性能的前提下，成本是最重要的考虑因素，它以够用为准则，不强调在三层交换机上实现过多的协议，提供过多根本用不上的功能【5】。例如，在三层交换机上实现很强大的QOS，支持BGP协议等，这些在绝大多数用户那儿实际并没有用处。在目前国内建设城域网时，它实际也不一定要考虑太多QOS，目前主要还是上NTERNET。这实际也符合中国的国情，就拿视频点播来说，在中国租一张碟片只需一两块钱甚至几角钱，VCD机在城市用户几乎普及，有多少人愿意去点播呢？

理解三层交换机的应用范围和要达到低成本的要求，就能理解为什么三层交换机在Cos,　POLICY等方面功能较弱，主要提供以太网口，支持有限服务，有限协议，有限路由功能。三层交换机主要提供以太网接口，各种速率的以太网接口其帧格式都相似，很容易用硬件实现二层的高速转发，一般其二层转发功能远远超过三层功能，很多三层交换机二层转发能力都在100MPPS，而三层转发能力只有几个MPPS。GE和10GE以其低廉的价格，为三层交换机在广域网上的应用提供了很好的条件。

三层交换机在交换网上采用的技术和路由器都一样，没有什么差别。例如CISCO 6500系列就采用CROSS BAR技术。
是否可以解决您的问题？

随着互连网络的迅速发展和社会信息化的推进，网络在规模和速度方面都在急剧发展，局域望网的速度已经从开始的10mbit发展到100mbit，现在千兆以太网正得到广泛的应用。以前在网络结构方面我们都是使用共享型局域网，即共享同一条网络传输介质，典型的访问控制方式上CSMA/CD，TOKEN RING，TOKEN BUS。交换局域网是指以数据链路层的贞为交换单位它从根本上结局了共享型以太网的速度问题。它允许多个结点同时进行通信，每个结点可以独占传输通道和带宽。这样地一层和第二层的速度问题都得到了解决。但是传统的路由器技术一直没有大的进步，在速度上难以满足人们对高速度的需求。所以人们提出了三层交换技术的概念。说它是路由器，因为它可操作在网络协议的第三层，是一种路由理解设备并可起到路由决定的作用；说它是交换机，是因为它的速度极快，几乎达到第二层交换的速度。这也是本篇要介绍的主题，什么是三层交换技术呢。我们先介绍一下OSI模型，被广泛公认的网络体系结构是国际标准化组织（ISO）的开放系统互连模型（OSI），它蚕蛹的层次化的网络体系结构，将一个网络系统分成七层定义，我们只介绍低三层，上面四层都是涉及到具体的应用。

第一层 物理层：

物理层是进行数据传输的基础，完全由硬件够成，由物理层构成数据传输的通信信道。物理层传输的只是bit流，规定了通道的机械，电气特性和跟上一层之间的接口。我门经常用的调制解调器（MODENM）和集线器（HUB）都是属于物理层的网络设备。

第二层 数据链路层：

数据链路层将提供的数据链路的控制和差错校验功能，将不可靠的物理链路变成可靠的数据链路。数据链路层的通信是以贞为单位，我们熟悉的交换技术也就是通过交换机实现的贞的交换技术，传统的交换机（二层交换机）是数据链路层的典型的网络设备，其前身是网桥,网桥工作在网络的第二层，它的作用之一是隔离网络广播风暴.交换机只能连接同一个子网的计算机，如果计算机的IP地址不在同一个子网中则只靠交换机不能实现通信，还要靠第三层中的路由器。

第三层 网络层：

网络层在OSI模型中可以说是至关重要的一层，它起到了承上启下的重要作用，如上段所说它负责子网之间的通信，著名的TCP/IP协议就是网络层中的协议。两个子网之间的通信要考具有路由功能的路由器。从一个子网中发出数据包如果要到达另外一个子网中的计算机结点就要通过路由器计算出传输的路径。

我们已经介绍了OSI的底三层，其实三层交换技术中的‘三层’就是指的OSI的第三层网络层。它是相对于传统的二层交换技术来讲的。既然三层交换机处于第但层肯定是用于子网之间的连接和通信，也就是具有路由功能。它在第三层实现的数据包的数据包的告诉转发，简单的说三层交换技术=二层交换技术+三层路由功能，我们也可以理解成三层交换机=二层交换机+传统的路由器。三层交换机具有交换机的性能和路由器的功能。

三层交换机适用的情况：

二层交换机主要应用于小型的局域网中，带机的数量在20台机左右。在这种环境中网络广播包对速度的影响不是很大。二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低廉价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。在这种小型网络中根本没必要引入路由功能从而增加管理的难度和费用，所以没有必要使用路由器，当然也没有必要使用三层交换机。

在大型局域网，校园网，核心骨干网络中是必须要使用三层交换机的。如果不使用三层交换机所有的计算机都在一个子网中。形成的广播风暴足以使整个网络瘫痪。而且安全性也是很差。也许大家说可以使用传统的路由器。虽然使用路由器可以起到隔离广播的作用可以性能又达不到。三层交换机通过使用硬件交换机构实现了IP的路由功能，其优化的路由软件使得路由过程效率提高，解决了传统路由器软件路由的速度问题。如上面所说三层交换机还有重要的作用就是在保证速度的情况下连接子网。为了减少在同一个网络中计算机的数量不能太大。所以要进一补划分出许多的IP子网来防止广播风暴的产生。那子网之间的任务也就要依赖三层交换机了这个“中流砥柱”了。同样是由于传统路由器的能力太弱。而千兆级路由器的价格又难以接受。一般三级交换机的价格在10000元左右，而千兆级路由器的价格则是在“ ”范围之间。

除了高性价比之外，三层具有可扩展行，三层交换机在连接多个子网是，子网只是与第三层交换模块建立逻辑连接不需要传统路由器需要增加端口。如果需要增加网络设备，由于预留了各种扩展模块接口，不需要对原来的网络布局和原来的设备进行改动就可以直接扩充设备，保护了原有的投资。高安全性也是三层交换机吸引人的重要方面。三层交换机处于核心的网络层肯定是网络黑客攻击的对象，在软件方面配置可靠性高的放火墙，可以阻止不明身份的数据包。而且可以访问列表，通过访问列表的设置就可以限制内部用户访问一些特别的IP地址。而且可以防止外部的非法访问者访问内部网络。

路由器和交换机的区别:
http://zhidao.baidu.com/question/1501547.html

三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而像路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。
三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术。传统交换技术是在OSI网络标准模型第二层——数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发，既可实现网络路由功能，又可根据不同网络状况做到最优网络性能。
三层交换机不止是在二层的交换功能，而且增加了IP层的功能，可以使各网段能互相访问或者通过设置不能访问。

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安陆市19765197636： 三层交换机是指在那一层上发生的数据交换 - ？
挚司混合：[答案] 三层交换机是指在第三层(即网络层)上发生的数据交换

安陆市19765197636： 三层交换机是什么意思?和两层的有什么不同? - ？
挚司混合： 三层交换机就是工作在网络三层中:物理层、数据链路层、网络层 二层交换机只是工作在网络二层中:物理层、数据链路层 三层交换机支持路由功能、支持网络层的很多协议等,支持多VLAN的设置与IP地址配置!支持安全功能等 二层交换机的VLAN配置IP是不可能做网关用的! 说的明了一点,可以这么说三层交换机主是二层交换机与路由器的合体!

安陆市19765197636： 三层交换机的三层是什么意思 - ？
挚司混合： 三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术.三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机,三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换,所具有的路由功能也是为这目的服务的,能够做到一次路由,多次转发.对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现,而像路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能,由软件实现.

安陆市19765197636： 千兆交换机中一层、 二层、 三层都什么意思? - ？
挚司混合： 千兆交换机,没有1层,只有2层跟3层的. 这里的层是指的OSI7层模型中的哪一层. 二层:指的是数据链路层,也就是数据交换层,普通的交换机都是二层. 三层:指的是网络层,就是路由层,路由器就是这个层. 说白一点,普通二层交换机只有数据交换能力;三层交换机有路由功能,既能当交换机,也能当路由.

安陆市19765197636： 交换机分层次是什么意思 什么一层 二层 三层. - ？
挚司混合：[答案] 一层交换机 只支持物理层协议 如电话程控交换机可以算一个(普通) 二层交换机 支持物理层和数据链路层协议,如以太网交换机 (智能) 三层交换机 支持物理层,数据链路层及网络层协议,如某些带路由功能的交换机(智能)

安陆市19765197636： 什么是三层交换机?三层是指哪三层?它的功能有哪些? - ？
挚司混合： 随着互连网络的迅速发展和社会信息化的推进,网络在规模和速度方面都在急剧发展,局域望网的速度已经从开始的10mbit发展到100mbit,现在千兆以太网正得到广泛的应用...

安陆市19765197636： 什么是三层交换机?它和一、二层交换机有何区别? - ？
挚司混合： 您好!三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机,三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换,所具有的路由功能也是为这目的服务的,能够做到一次路由,多次转发.对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现,而象...

安陆市19765197636： 所谓的三层交换机是哪三层啊?？
挚司混合： 物理层,数据链路层,网络层,意思就是有第三层路由功能的交换机 也就是带路由的交换机,路由是网络层的工作 ...也就是交换机可以工作在物理层,数据链路层,和网络层....

安陆市19765197636： 问大家一下三层交换机是什么意思啊? - ？
挚司混合： 网络协议被OSI定义为7个层次,也叫七层协议,百度以下有详解.所谓三层交换机,就是能够工作在第三层协议的交换机.相对而言,早期的交换机只工作在第二层.所以一般说交换机都是指二层交换机,能在第三层工作的交换机则要加上“三层”,以示功能比普通交换机(二层)的强大.

安陆市19765197636： 什么是三层交换机??？
挚司混合： 随着互连网络的迅速发展和社会信息化的推进,网络在规模和速度方面都在急剧发展,局域望网的速度已经从开始的10mbit发展到100mbit,现在千兆以太网正得到广泛的应用.以前在网络结构方面我们都是使用共享型局域网,即共享同一条网...