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初識三層交換機

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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 。假如您想理解三層交換，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 。
圖1
OSI各層之間存在相互依存關(guān)系 。假如沒有底層，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 。
圖2
2、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，它只熟悉比特流，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，它只熟悉幀和比特流（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，假如計算機的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(fù)雜，不可能一下子講清楚，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，假如有記錄就直接調(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 。假如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 。

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