什么是三層交換機(jī) 三層交換機(jī)的工作原理和作用(2)

　　3、內(nèi)置安全機(jī)制

　　三層交換機(jī)可以與普通路由器一樣，具有訪問列表的功能，可以實(shí)現(xiàn)不同VLAN間的單向或雙向通訊。如果在訪問列表中進(jìn)行設(shè)置，可以限制用戶訪問特定的IP地址，這樣學(xué)校就可以禁止學(xué)生訪問不健康的站點(diǎn)。

　　訪問列表不僅可以用于禁止內(nèi)部用戶訪問某些站點(diǎn)，也可以用于防止校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)外部的非法用戶訪問校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)資源，從而提高網(wǎng)絡(luò)的安全。

　　4、適合多媒體傳輸

　　教育網(wǎng)經(jīng)常需要傳輸多媒體信息，這是教育網(wǎng)的一個(gè)特色。三層交換機(jī)具有QoS(服務(wù)質(zhì)量)的控制功能，可以給不同的應(yīng)用程序分配不同的帶寬。

　　例如，在校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)中傳輸視頻流時(shí)，就可以專門為視頻傳輸預(yù)留一定量的專用帶寬，相當(dāng)于在網(wǎng)絡(luò)中開辟了專用通道，其他的應(yīng)用程序不能占用這些預(yù)留的帶寬，因此能夠保證視頻流傳輸?shù)姆€(wěn)定性。而普通的二層交換機(jī)就沒有這種特性，因此在傳輸視頻數(shù)據(jù)時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)視頻忽快忽慢的抖動(dòng)現(xiàn)象。

　　另外，視頻點(diǎn)播(VOD)也是教育網(wǎng)中經(jīng)常使用的業(yè)務(wù)。但是由于有些視頻點(diǎn)播系統(tǒng)使用廣播來傳輸，而廣播包是不能實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)段的，這樣VOD就不能實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)段進(jìn)行;如果采用單播形式實(shí)現(xiàn)VOD，雖然可以實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)段，但是支持的同時(shí)連接數(shù)就非常少，一般幾十個(gè)連接就占用了全部帶寬。而三層交換機(jī)具有組播功能，VOD的數(shù)據(jù)包以組播的形式發(fā)向各個(gè)子網(wǎng)，既實(shí)現(xiàn)了跨網(wǎng)段傳輸，又保證了VOD的性能。

　　5、計(jì)費(fèi)功能

　　在高校校園網(wǎng)及有些地區(qū)的城域教育網(wǎng)中，很可能有計(jì)費(fèi)的需求，因?yàn)槿龑咏粨Q機(jī)可以識(shí)別數(shù)據(jù)包中的IP地址信息，因此可以統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)中計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)流量，可以按流量計(jì)費(fèi)，也可以統(tǒng)計(jì)計(jì)算機(jī)連接在網(wǎng)絡(luò)上的時(shí)間，按時(shí)間進(jìn)行計(jì)費(fèi)。而普通的二層交換機(jī)就難以同時(shí)做到這兩點(diǎn)。

　　第三層交換機(jī)，是直接根據(jù)第三層網(wǎng)絡(luò)層IP地址來完成端到端的數(shù)據(jù)交換的。

　　三層交換機(jī)工作原理

　　使用IP的設(shè)備A------------------------三層交換機(jī)------------------------使用IP的設(shè)備B

　　比如A要給B發(fā)送數(shù)據(jù)，已知目的IP，那么A就用子網(wǎng)掩碼取得網(wǎng)絡(luò)地址，判斷目的IP是否與自己在同一網(wǎng)段。

　　如果在同一網(wǎng)段，但不知道轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所需的MAC地址，A就發(fā)送一個(gè)ARP請(qǐng)求，B返回其MAC地址，A用此MAC封裝數(shù)據(jù)包并發(fā)送給交換機(jī)，交換機(jī)起用二層交換模塊，查找MAC地址表，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口。

　　如果目的IP地址顯示不是同一網(wǎng)段的，那么A要實(shí)現(xiàn)和B的通訊，在流緩存條目中沒有對(duì)應(yīng)MAC地址條目，就將第一個(gè)正常數(shù)據(jù)包發(fā)送向一個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)，這個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)一般在操作系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)好，對(duì)應(yīng)第三層路由模塊，所以可見對(duì)于不是同一子網(wǎng)的數(shù)據(jù)，最先在MAC表中放的是缺省網(wǎng)關(guān)的MAC地址;然后就由三層模塊接收到此數(shù)據(jù)包，查詢路由表以確定到達(dá)B的路由，將構(gòu)造一個(gè)新的幀頭，其中以缺省網(wǎng)關(guān)的MAC地址為源MAC地址，以主機(jī)B的MAC地址為目的MAC地址。通過一定的識(shí)別觸發(fā)機(jī)制，確立主機(jī)A與B的MAC地址及轉(zhuǎn)發(fā)端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，并記錄進(jìn)流緩存條目表，以后的A到B的數(shù)據(jù)，就直接交由二層交換模塊完成。這就通常所說的一次路由多次轉(zhuǎn)發(fā)。

　　表面上看，第三層交換機(jī)是第二層交換器與路由器的合二而一，然而這種結(jié)合并非簡(jiǎn)單的物理結(jié)合，而是各取所長(zhǎng)的邏輯結(jié)合。其重要表現(xiàn)是，當(dāng)某一信息源的第一個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行第三層交換后，其中的路由系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)MAC地址與IP地址的映射表，并將該表存儲(chǔ)起來，當(dāng)同一信息源的后續(xù)數(shù)據(jù)流再次進(jìn)入交換環(huán)境時(shí)，交換機(jī)將根據(jù)第一次產(chǎn)生并保存的地址映射表，直接從第二層由源地址傳輸?shù)侥康牡刂?，不再?jīng)過第三路由系統(tǒng)處理，從而消除了路由選擇時(shí)造成的網(wǎng)絡(luò)延遲，提高了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)效率，解決了網(wǎng)間傳輸信息時(shí)路由產(chǎn)生的速率瓶頸。所以說，第三層交換機(jī)既可完成第二層交換機(jī)的端口交換功能，又可完成部分路由器的路由功能。即第三層交換機(jī)的交換機(jī)方案，實(shí)際上是一個(gè)能夠支持多層次動(dòng)態(tài)集成的解決方案，雖然這種多層次動(dòng)態(tài)集成功能在某些程度上也能由傳統(tǒng)路由器和第二層交換機(jī)搭載完成，但這種搭載方案與采用三層交換機(jī)相比，不僅需要更多的設(shè)備配置、占用更大的空間、設(shè)計(jì)更多的布線和花費(fèi)更高的成本，而且數(shù)據(jù)傳輸性能也要差得多，因?yàn)樵诤Ａ繑?shù)據(jù)傳輸中，搭載方案中的路由器無法克服路由傳輸速率瓶頸。

　　顯然，第二層交換機(jī)和第三層交換機(jī)都是基于端口地址的端到端的交換過程，雖然這種基于MAC地址和IP地址的交換機(jī)技術(shù)，能夠極大地提高各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸率，但卻無法根據(jù)端口主機(jī)的應(yīng)用需求來自主確定或動(dòng)態(tài)限制端口的交換過程和數(shù)據(jù)流量，即缺乏第四層智能應(yīng)用交換需求。第四層交換機(jī)不僅可以完成端到端交換，還能根據(jù)端口主機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)，確定或限制它的交換流量。簡(jiǎn)單地說，第四層交換機(jī)是基于傳輸層數(shù)據(jù)包的交換過程的，是一類基于TCP/IP協(xié)議應(yīng)用層的用戶應(yīng)用交換需求的新型局域網(wǎng)交換機(jī)。第四層交換機(jī)支持TCP/UDP第四層以下的所有協(xié)議，可識(shí)別至少80個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)包包頭長(zhǎng)度，可根據(jù)TCP/UDP端口號(hào)來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包的應(yīng)用類型，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層的訪問控制和服務(wù)質(zhì)量保證。所以，與其說第四層交換機(jī)是硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，還不如說它是軟件網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。也就是說，第四層交換機(jī)是一類以軟件技術(shù)為主，以硬件技術(shù)為輔的網(wǎng)絡(luò)管理交換設(shè)備。

　　最后值得指出的是，某些人在不同程度上還存在一些模糊概念，認(rèn)為所謂第四層交換機(jī)實(shí)際上就是在第三層交換機(jī)上增加了具有通過辨別第四層協(xié)議端口的能力，僅在第三層交換機(jī)上增加了一些增值軟件罷了，因而并非工作在傳輸層，而是仍然在第三層上進(jìn)行交換操作，只不過是對(duì)第三層交換更加敏感而已，從根本上否定第四層交換的關(guān)鍵技術(shù)與作用。我們知道，數(shù)據(jù)包的第二層IEEE802.1P字段或第三層IPToS字段可以用于區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包本身的優(yōu)先級(jí)，我們說第四層交換機(jī)基于第四層數(shù)據(jù)包交換，這是說它可以根據(jù)第四層TCP/UDP端口號(hào)來分析數(shù)據(jù)包應(yīng)用類型，即第四層交換機(jī)不僅完全具備第三層交換機(jī)的所有交換功能和性能，還能支持第三層交換機(jī)不可能擁有的網(wǎng)絡(luò)流量和服務(wù)質(zhì)量控制的智能型功能。