三层交换机的基本原理与设计思路
三层交换机还是比较常用的，于是我研究了一下三层交换机的基本原理与设计思路，在这里拿出来和大家分享一下，希望对大家有用。本文在介绍三层交换技术和三层交换机工作原理的基础上，给出了一款三层交换机的设计，依照该设计实现的三层交换机已投入实际运行。
1.引言传统路由器在网络中起到隔离网络、隔离广播、路由转发以及防火墙的作业，并且随着网络的不断发展，路由器的负荷也在迅速增长。其中一个重要原因是出于安全和管理方便等方面的考虑，VLAN（虚拟局域网）技术在网络中大量应用。VLAN技术可以逻辑隔离各个不同的网段、端口甚至主机，而各个不同VLAN间的通信都要经过路由器来完成转发。由于局域网中数据流量很大，VLAN间大量的信息交换都要通过路由器来完成转发，这时候随着数据流量的不断增长路由器就成为了网络的瓶颈。为了解决局域网络的这个瓶颈，很多企业内部、学校和小区建设局域网时都采用了三层交换机。三层交换技术将交换技术引入到网络层，三层交换机的应用也从最初网络中心的骨干层、汇聚层一直渗透到网络边缘的接入层。
2.第三层交换技术
2.1三层交换的概念第三层交换技术也称为IP交换技术或高速路由技术等，是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI 网络标准模型中的第二层—数据链路层进行操作的，而第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。简单地说，第三层交换技术就是：第二层交换技术＋第三层转发技术，这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。
2.2三层交换的原理从硬件的实现上看，目前，第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线交换数据的。在第三层交换机中，与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速地交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制（10Mbit/s——100Mbit/s）。在软件方面，第三层交换机将传统的基于软件的路由器重新进行了界定：
（1）数据封包的转发：如IP/IPX封包的转发，这些有规律的过程通过硬件高速实现；
（2）第三层路由软件：如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实现。
假设有两个使用IP协议的站点，通过第三层交换机进行通信的过程为：若发送站点A在开始发送时，已知目的站B的IP地址，但尚不知道它在局域网上发送所需要的MAC 地址，则需要采用地址解析（ARP）来确定B的MAC 地址。A把自己的IP 地址与B的IP 地址比较，采用其软件中配置的子网掩码提取出网络地址来确定B是否与自己在同一子网内。若B 与A 在同一子网内，A 广播一个ARP 请求，B 返回其MAC 地址，A 得到B 的MAC 地址后将这一地址缓存起来，并用此MAC 地址封包转发数据，第二层交换模块查找MAC 地址表确定将数据包发向目的端口。若两个站点不在同一子网内，则A 要向"缺省网关"发出ARP（地址解析）封包，而"缺省网关"的IP 地址已经在系统软件中设置，这个IP 地址实际上对应第三层交换机的第三层交换模块。当A 对"缺省网关"的IP 地址广播出一个
ARP 请求时，若第三层交换模块在以往的通信过程中已得到B 的MAC 地址，则向发送站
A 回复
B 的MA
C 地址；否则第三层交换模块根据路由信息向目的站广播一个ARP 请求，
B 得到此ARP 请求后向第三层交换模块回复其MA
C 地址，第三层交换模块保存此地址并回复给发送站A .以后，当再进行A 与B 之间数据包转发时，将用最终的目的站点的MAC 地址封包，数据转发过程全部交给第二层交换处理，信息得以高速交换2.3第三层交换的特点突出的特点如下：
（1）。有机的硬件结合使得数据交换加速；
（2）。优化的路由软件使得路由过程效率提高；
（3）。除了必要的路由决定过程外，大部分数据转发过程由第二层交换处理；
（4）。多个子网互连时只是与第三层交换模块的逻辑连接，不象传统的外接路由器那样需增加端口，保护了用户的投资。
第三层交换的目标是，只要在源地址和目的地址之间有一条更为直接的第二层通路，就没有必要经过路由器转发数据包。第三层交换使用第三层路由协议确定传送路径，此路径可以只用一次，也可以存储起来，供以后使用。之后数据包通过一条虚电路绕过路由器快速发送。
第三层交换技术的出现，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，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。当然，三层交换技术并不是网络交换机与路由器的简单叠加，而是二者的有机结合，形成一个集成的、完整的解决方案。
3.一款第三层交换机的设计考虑到市场需要，交换机成本和自主知识产权因素，我们设计开发了有自主知识产权的VLSW4150系列交换机。VLSW4150 系列交换机是为企业提供的高性能、多层次化的解决方案。VLSW 4150也适用于ISP和服务提供商，尤其是对于一些大型的运营商，将能够增强其在IP市场的竞争力。
3.1总体设计VLSW4150交换机有24个RJ45 10/100BASE－TX自适应端口，提供2个可选的光纤10/100BaseTx以太口、100BaseFx快速以太端口或者千兆以太网口（SX，LX，ZX），并另外提供一个串口和一个100M以太网口对交换机进行配置。
VLSW4150交换机的体系结构可以支持最高到11Gbps的速率，多层交换速率达到6.6Mpps；可以支持8，192个MAC地址；为了更好的控制网络流量和网络安全，还支持以1M为步长的速率限制；支持TaggedVLAN和MAC-based的帧过滤以及RIP、OSPF和BGP路由协议。
VLSW4150交换机提供堆栈技术可以以一个逻辑IP地址来管理多个交换机，并可在一个口上镜像其他的数据包，提供基于Web的网管系统以及CLI方式来调试交换机。VLSW4150支持SNMP协议、RMON和Telnet功能来便于管理。
3.2硬件结构
VLSW4150三层交换机的硬件结构分为两个部分，处理器模块和交换模块，它们之间通过PCI接口相连，同时配合相应的外围电路形成完整的三层交换机系统。
（1）处理器模块
处理器部采用一款MOTOROLAPowerQUICCIICPU，同一些外部存储设备以及一些外围电路构成三层交换机的处理器部分。处理器模块主要是运行嵌入式操作系统，配置系统和路由表的维持，而不是数据转发通路的组成部分。CPLD 保存一些CPU初始化的一些配置以保证上电后CPU正常启动，Flash 芯片用于存储三层交换机的所需要的所有软件和相关配置，SDRAM在系统启动之后载入FLASH中的程序，保证系统正常运行。处理器模块一方面提供一个快速以太网接口和一个异步口，用于对交换机进行配置和调试；另一方面通过PCI 接口和交换模块相连，通过PCI接口对交换模块进行控制，并进行数据传输。
（2）交换模块
交换模块采用了BROADCOM公司的BCM5645作为ASIC芯片，通过PCI接口与处理器模块进行通信完成数据传输，通过5645提供的内存接口，可以给交换模块提供一个64M的外部SDRAM，从而提高交换机的吞吐量和交换速度。5645通过MII接口和GMII接口分别连接24个百兆以太网和2个千兆以太网。
3.3软件结构
VLSW4150三层交换机的软件系统采用了模块化、分布式的设计方法，基于实时多任务操作系统。软件系统的结构呈层次结构，一层建立在另一层的基础上，每一层都使用近邻它的下一层所提供的服务，并且为它上面一层提供更高一级的服务，其优点是：可以向上层软件屏蔽底层操作，提高上层软件的可移植性，提高软件的可维护性。软件大体分为三个层面：
（1）驱动层
驱动程序将上层软件和硬件系统进行了连接，把上层软件的路由更新、管理及配置命令转化为硬件系统所能识别的格式，从而达到更新其内部数据结构如路由表，地址表等，控制及管理硬件交换系统的目的；同时设备驱动程序把底层硬件收到的路由更新报文、控制管理帧及收到的各种信息传递给上层软件处理；
（2）协议栈
实现了TCP/IP、802.1D和802.1Q等协议，为上层的应用程序提供良好的接口；
（3）应用层
主要包括路由模块和网管模块，路由模块实现了RIP和OSPF等协议，即实现第三层路由的主要功能；网管模块实现了SNMP和RMON等网管模块，使三层交换机具有部分网管功能，保证三层交换机更好地正常运转。
4.第三层交换机的应用
第三层交换机的主要用途是代替传统路由器作为网络的核心，因此，凡是没有广域连接需求，同时又需要路由器的地方，都可以用第三层交换机来代替。在企业网和校园网中，一般会将第三层交换机用在网络的核心层，用第三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或VLAN.第三层交换机解决了局域网VLAN必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器速度低、复杂所造成的网络瓶颈问题。利用三层交换机在局域网中划分VLAN，可以满足用户端多种灵活的逻辑组合，防止了广播风暴的产生，对不同VLAN 之间可以根据需要设定不同的访问权限，以此增加网络的整体安全性，极大地提高网络管理员的工作效率，而且第三层交换机可以合理配置信息资源，降低网络配置成本，使得交换机之间连接变得灵活。
三层交换原理及示例详解
三层交换原理及示例详解 7.7.5 三层交换原理 二层交换机的二层数据交换一般都是使用ASIC（Application Specific Integrated Circuit ，专用集成电路）的硬件芯片中的CAM表来实现的，因为是硬件转发，所以转发性能非常高。而三层交换机的三层转发也是依靠ASIC芯片完成的（路由器的路由功能主要依靠CPU软件进行的），但其中除了二层交换用的CAM表外，还保存有专门用于三层转发的三层硬件转发表。 三层交换机的三层交换原理比较复杂，不同网络环境下、不同厂家的三层交换机的三层交换流程都不完全相同。如图7-55所示的仅一个直接连接在一台三层交换机上的两个不同网段主机三层交换的基本流程，各主要步骤解释如下： （1）源主机在发起通信之前，将自己的IP地址与目的主机的IP地址进行比较，如果源主机判断目的主机与自己位于不同网段时，它需要通过网关来递交报文的，所以它首先需要通过一个ARP请求报文获取网关的MAC地址（在源主机不知道网关MAC地址的情形下），即源主机先发送ARP请求帧以获取网关IP地址对应的MAC 地址。 （2）网关在收到源主机发来的ARP请求报文后以一个ARP应答报文进行回应，在应答报文中的“源MAC地址”就包含了网关的MAC地址。 （3）在得到网关的ARP应答后，源主机再用网关MAC地址作为报文的“目的MAC地址”，以源主机的IP 地址作为报文的“源IP地址”，以目的主机的IP地址作为“目的IP地址”，先把发送给目的主机的数据发给网关。 图7-55 三层交换基本流程 （4）网关在收到源主机发送给目的主机的数据后，由于查看得知源主机和目的主机的IP地址不在同一网段，于是把数据报上传到三层交换引擎（ASIC芯片），在里面查看有无目的主机的三层转发表。 （5）如果在三层硬件转发表中没有找到目的主机的对应表项，则向CPU请求查看软件路由表，如果有目的主机所在网段的路由表项，则还需要得到目的主机的MAC地址，因为数据包在链路层是要经过帧封装的。于是三层交换机CPU向目的主机所在网段发送一个ARP广播请求包，以获得目的主机MAC地址。 （6）交换机获得目的主机MAC地址后，向ARP表中添加对应的表项，并转发由源主机到达目的主机的灵气包。同时三层交换机三层引擎会结合路由表生成目的主机的三层硬件转发表。 以后到达目的主机的数据包就可以直接利用三层硬件转发表中的转发表项进行数据交换，不用再查看CPU中的路由表了。 以上流程适用位于不同VLAN（网段）中的主机互访时属于这种情况，这时用于互连的交换机作三层交换转发。这就是“一次路由，多次交换”的原理。 7.7.6 三层交换示例 在三层交换中，同一交换机上的不同网段主机通信和不同交换机上的不同网段主机通信的基本原理是一样的，只是具体流程有所区别。本节仅以比较简单的“同一交换机上的不同网段主机通信”这种情形来解释上节介绍的三层交换原理。
三层交换机配置实例
三层交换综合实验 一般来讲，设计方案中主要包括以下内容： ◆????? 用户需求 ◆????? 需求分析 ◆????? 使用什么技术来实现用户需求 ◆????? 设计原则 ◆????? 拓扑图 ◆????? 设备清单 一、模拟设计方案 【用户需求】 1.应用背景描述 某公司新建办公大楼，布线工程已经与大楼内装修同步完成。现公司需要建设大楼内部的办公网络系统。大楼的设备间位于大楼一层，可用于放置核心交换机、路由器、服务器、网管工作站、电话交换机等设备。在每层办公楼中有楼层配线间，用来放置接入层交换机与配线架。目前公司工程部25人、销售部25人、发展部25人、人事部10人、财务部加经理共15人。 2.用户需求 为公司提供办公自动化、计算机管理、资源共享及信息交流等全方位的服务，目前的信息点数大约100个，今后有扩充到200个的可能。 公司的很多业务依托于网络，要求网络的性能满足高效的办公要求。同时对网络的可靠性要求也很高，要求在办公时间内，网络不能宕掉。因此，在网络设计过程中，要充分考虑到网络设备的可靠性。同时，无论是网络设备还是网络线路，都应该考虑冗余备份。不能因为单点故障，而导致整个网络的瘫痪，影响公司业务的正常进行。 公司需要通过专线连接外部网络。 【需求分析】 为了实现网络的高速、高性能、高可靠性还有冗余备份功能，主要用于双核心拓扑结构的网络中。
本实验采用双核心拓扑结构，将三层交换技术和VTP、STP、EthernetChannel 综合运用。 【设计方案】 1、在交换机上配置VLAN，控制广播流量 2、配置2台三层交换机之间的EthernetChannel，实现三层交换机之间的高速互通 3、配置VTP，实现单一平台管理VLAN， 同时启用修剪，减少中继端口上不必要的广播信息量 4、配置STP，实现冗余备份、负载分担、避免环路 5、在三层交换机上配置VLAN间路由，实现不同VLAN之间互通 6、通过路由连入外网，可以通过静态路由或RIP路由协议 【网络拓扑】 根据用户对可靠性的要求，我们将网络设计为双核心结构，为了保证高性能，采用双核心进行负载分担。当其中的一台核心交换机出现故障的时候，数据能自动转换到另一台交换机上，起到冗余备份作用。 注意：本实验为了测试与外网的连通性，使用一个简单网络
三层交换机工作原理及特点
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。 应用背景 出于安全和管理方便的考虑，主要是为了减小广播风暴的危害，必须把大型局域网按功能或地域等因素划成一个个小的局域网，这就使VLAN技术在网络中得以大量应用，而各个不同VLAN间的通信都要经过路由器来完成转发，随着网间互访的不断增加。单纯使用路由器来实现网间访问，不但由于端口数量有限，而且路由速度较慢，从而限制了网络的规模和访问速度。基于这种情况三层交换机便应运而生，三层交换机是为IP设计的，接口类型简单，拥有很强二层包处理能力，非常适用于大型局域网内的数据路由与交换，它既可以工作在协议第三层替代或部分完成传统路由器的功能，同时又具有几乎第二层交换的速度，且价格相对便宜些。 在企业网和教学网中，一般会将三层交换机用在网络的核心层，用三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不同的子网或VLAN。不过应清醒认识到三层交换机出现最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具备的路由功能也多是围绕这一目的而展开的，所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。毕竟在安全、协议支持等方面还有许多欠缺，并不能完全取代路由器工作。 在实际应用过程中，典型的做法是：处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLAN间的路由，用三层交换机来代替路由器，而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域的网络访问时，才通过专业路由器。 三层交换机工作原理 三层交换技术就是二层交换技术＋三层转发技术。传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层——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。应用第三层交换技术即可实现网络路由的功能，又可以根据不同的网络状况做到最优的网络性能。 为什么使用三层交换机？ 1、网络骨干少不了三层交换 要说三层交换机在诸多网络设备中的作用，用“中流砥柱”形容并不为过。在校园网、城域教育网中，从骨干网、城域网骨干、汇聚层都有三层交换机的用武之地，尤其是核心骨干网一定要用三层交换机，否则整个网络成千上万台的计算机都在一个子网中，不仅毫无安全可言，也会因为无法分割广播域而无法隔离广播风暴。
三层交换机配置实例
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------ 三层交换机配置实例 三层交换综合实验一般来讲，设计方案中主要包括以下内容： 用户需求需求分析使用什么技术来实现用户需求设计原则拓扑图设备清单一、模拟设计方案【用户需求】 1. 应用背景描述某公司新建办公大楼，布线工程已经与大楼内装修同步完成。 现公司需要建设大楼内部的办公网络系统。 大楼的设备间位于大楼一层，可用于放置核心交换机、路由器、服务器、网管工作站、电话交换机等设备。 在每层办公楼中有楼层配线间，用来放置接入层交换机与配线架。 目前公司工程部 25 人、销售部 25人、发展部 25 人、人事部 10 人、财务部加经理共 15 人。 2. 用户需求为公司提供办公自动化、计算机管理、资源共享及信息交流等全方位的服务，目前的信息点数大约 100 个，今后有扩充到 200 个的可能。 公司的很多业务依托于网络，要求网络的性能满足高效的办公要求。 同时对网络的可靠性要求也很高，要求在办公时间内，网络不能宕掉。 1 / 14
因此，在网络设计过程中，要充分考虑到网络设备的可靠性。 同时，无论是网络设备还是网络线路，都应该考虑冗余备份。 不能因为单点故障，而导致整个网络的瘫痪，影响公司业务的正常进行。 公司需要通过专线连接外部网络。 【需求分析】为了实现网络的高速、高性能、高可靠性还有冗余备份功能，主要用于双核心拓扑结构的网络中。 本实验采用双核心拓扑结构，将三层交换技术和 VTP、 STP、EthernetChannel综合运用。 【设计方案】 1、在交换机上配置 VLAN，控制广播流量 2、配置 2 台三层交换机之间的 EthernetChannel，实现三层交换机之间的高速互通 3、配置 VTP，实现单一平台管理 VLAN，同时启用修剪，减少中继端口上不必要的广播信息量 4、配置 STP，实现冗余备份、负载分担、避免环路 5、在三层交换机上配置 VLAN 间路由，实现不同 VLAN 之间互通 6、通过路由连入外网，可以通过静态路由或 RIP 路由协议【网络拓扑】根据用户对可靠性的要求，我们将网络设计为双核心结构，为了保证高性能，采用双核心进行负载分担。 当其中的一台核心交换机出现故障的时候，数据能自动转换到另一台交换机上，起到冗余备份作用。 注意： 本实验为了测试与外网的连通性，使用一个简单网络【设备
H3C三层交换机配置实例
H3C三层交换机配置实例 1 网络拓扑图 (1) 2 配置要求 (1) 3划分VLAN并描述 (2) 3.1进入系统视图 (2) 3.2 创建VLAN并描述 (2) 4 给VLAN设置网关 (3) 4.1 VLAN1的IP地址设置 (3) 4.2 VLAN100的网关设置 (3) 4.3 VLAN101的网关设置 (3) 4.4 VLAN102的网关设置 (3) 4.5 VLAN103的网关设置 (4) 5 给VLAN指定端口，设置端口类型 (4) 5.1 VLAN100指定端口 (4) 5.2 VLAN102指定端口 (4) 5.3 VLAN1/101/103指定端口 (5) 6 配置路由协议 (6) 6.1 默认路由 (6) 6.2配置流分类 (6) 6.3 定义行为 (6) 6.4 应用QOS策略 (6) 6.5 接口配置QOS策略 (7)
1 网络拓扑图 图1-1 网络拓扑图 2 配置要求 用户1网络：172.16.1.0/24 至出口1网络：172.16.100.0/24 用户2网络：192.168.1.0/24 至出口2网络：192.168.100.0/24实现功能：用户1通过互联网出口1，用户2通过互联网出口2。
3划分VLAN并描述 3.1进入系统视图
二层交换机、三层交换机和路由器的基本工作原理
二层交换机: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； （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 三层交换机: 三层交换技术就是将路由技术与交换技术合二为一的技术。在对第一个数据流进行路由后，它将会产生一个MAC地址与IP地址的映射表，当同样的数据流再次通过时，将根据此表直接从二层通过而不是再次路由，从而消除了路由器进行路由选择而造成网络的延迟，提高了数据包转发的效率. 路由器：传统地，路由器工作于OSI七层协议中的第三层，其主要任务是接收来自一个网络接口的数据包，根据其中所含的目的地址，决定转发到下一个目的地址。因此，路由器首先得在转发路由表中查找它的目的地址，若找到了目的地址，就在数据包的帧格前添加下一个MAC地址，同时IP数据包头的TTL（Time To Live）域也开始减数，并重新计算校验和。当数据包被送到输出端口时，它需要按顺序等待，以便被传送到输出链路上。 路由器在工作时能够按照某种路由通信协议查找设备中的路由表。如果到某一特定节点有一条以上的路径，则基本预先确定的路由准则是选择最优（或最经济）的传输路径。由于各种网络段和其相互连接情况可能会因环境变化而变化，因此路由情况的信息一般也按所使用的路由信息协议的规定而定时更新。 主要区别：二层交换机工作在数据链路层，三层交换机工作在网络层，路由器工作在网络层。
三层交换机基本配置及利用三层交换机实现不同VLAN间通信
实验四 三层交换机基本配置及利用三层交换机实现不同VLAN 间通信 一、实验名称 三层交换机基本配置及VLAN/802.1Q －VLAN 间通信实验。 二、实验目的 理解和掌握通过三层交换机的基本配置及实现VLAN 间相互通信的配置方法。 三、实验内容 若企业中有2个部门：销售部和技术部（2个部门PC 机IP 地址在不同网段），其中销售部的PC 机分散连接在2台交换机上，配置交换机使得销售部PC 能够实现相互通信，而且销售部和技术部之间也能相互通信。 在本实验中，我们将PC1和PC3分别连接到SwitchA （三层交换机）的F0/5端口和SwitchB 的F0/5端口并划入VLAN 10，将PC2连接到SwitchA （三层交换机）的F0/15端口并划入VLAN 20，SwitchA 和SwitchB 之间通过各自的F0/24端口连接。配置三层交换机使在不同VLAN 组中的PC1、PC2、PC3能相互通信。 三、实验拓扑 四、实验设备 S3550-24（三层交换机）1台、S2126交换机1台、PC 机3台。 五、实验步骤 VLAN/802.1Q －VLAN 间通信: 1．按实验拓扑连接设备，并按图中所示配置PC 机的IP 地址，PC1、PC3网段相同可以通信，但是PC1、PC3和PC2是不同网段的，所以PC2（技术部）不能和另外2台PC 机（销售部）通信。 2．在交换机SwitchA 上创建VLAN 10，并将0/5端口划入VLAN 10中。 SwitchA(config)#vlan 10 ！创建VLAN 10 SwitchA (config-vlan)#name sales ! 将VLAN 10 命名为sales SwitchA (config)#interface f0/5 ！进入F0/5接口配置模式 SwitchA (config-if)#switchport access vlan10 ！将F0/5端口划入VLAN 10 SwitchA #show vlan id 10 ！验证已创建了VLAN 10并已将F0/5端口划入VLAN 10中 PC2
三层交换机的基本原理与设计思路
三层交换机还是比较常用的，于是我研究了一下三层交换机的基本原理与设计思路，在这里拿出来和大家分享一下，希望对大家有用。本文在介绍三层交换技术和三层交换机工作原理的基础上，给出了一款三层交换机的设计，依照该设计实现的三层交换机已投入实际运行。 1. 引言传统路由器在网络中起到隔离网络、隔离广播、路由转发以及防火墙的作业，并且随着网络的不断发展，路由器的负荷也在迅速增长。其中一个重要原因是出于安全和管理方便等方面的考虑，VLAN （虚拟局域网）技术在网络中大量应用。VLAN 技术可以逻辑隔离各个不同的网段、端口甚至主机，而各个不同VLAN 间的通信都要经过路由器来完成转发。由于局域网中数据流量很大，VLAN 间大量的信息交换都要通过路由器来完成转发，这时候随着数据流量的不断增长路由器就成为了网络的瓶颈。为了解决局域网络的这个瓶颈，很多企业内部、学校和小区建设局域网时都采用了三层交换机。三层交换技术将交换技术引入到网络层，三层交换机的应用也从最初网络中心的骨干层、汇聚层一直渗透到网络边缘的接入 2. 第三层交换技术 2.1三层交换的概念第三层交换技术也称为IP 交换技术或高速路由技术等，是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI 网络标准模型中的第二层—数据链路层进行操作的，而第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。简单地说，第三层交换技术就是：第二层交换技术＋第三层转发技术，这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。 2.2 三层交换的原理从硬件的实现上看，目前，第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/ 总线交换数据的。在第三层交换机中，与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速地交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制（10Mbit/s ——100Mbit/s ）。在软件方面，第三层交换机将传统的基于软件的路由器重新进行了界定： （1）数据封包的转发：如IP/IPX 封包的转发，这些有规律的过程通过硬件高速实现； （2）第三层路由软件：如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实现。 假设有两个使用IP 协议的站点，通过第三层交换机进行通信的过程为：若发送站点 A 在开始发送时，已知目的站 B 的IP 地址，但尚不知道它在局域网上发送所需要的MAC 地址，则需要采用地址解析（ARP ）来确定 B 的MAC 地址。 A 把自己的IP 地址与 B 的IP 地址比较，采用其软件中配置的子网掩码提取出网络地址来确定 B 是否与自己在同一子网内。若 B 与 A 在同一子网内， A 广播一个ARP 请求， B 返回其MAC 地址， A 得到 B 的MAC 地址后将这一地址缓存起来，并用此MAC 地址封包转发数据，第二层交换模块查找MAC 地址表确定将数据包发向目的端口。若两个站点不在同一子网内，则 A 要向"缺省网关"发出ARP （地址解析）封包，而"缺省网关”的IP地址已经在系统软件中设置，这个IP地址实际上对应第三层交换机的第三层交换模块。当 A 对"缺省网关"的IP 地址广播出一个
三层交换机的配置命令
三层交换机的图，如图所示： 一．交换机的配置： S2的配置命令： Enable Conf terminal Hostname S2 Switch(config)#vlan 10 Switch(config-vlan)#name stu10 Switch(config-vlan)#vlan 20 Switch(config-vlan)#name stu20 Switch(config)#interface f0/1 Switch(config-if)#switchport mode access Switch(config-if)#switchport access vlan 10 Switch(config)#interface f0/2 Switch(config-if)#switchport mode access Switch(config-if)#switchport access vlan 20 Switch(config)#inte f0/24 Switch(config-if)#switchport mode trunk
S3的配置命令： Enable Conf terminal Hostname S3 Switch(config)#vlan 10 Switch(config-vlan)#name stu10 Switch(config-vlan)#vlan 20 Switch(config-vlan)#name stu20 Switch(config)#interface f0/1 Switch(config-if)#switchport mode access Switch(config-if)#switchport access vlan 10 Switch(config)#interface f0/2 Switch(config-if)#switchport mode access Switch(config-if)#switchport access vlan 20 Switch(config)#inte f0/24 Switch(config-if)#switchport mode trunk 二．三层交换机的配置命令 Enable Conf terminal Switch(config)#vlan 10 Switch(config-vlan)#vlan 20 Switch(config)#interface f0/1 Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q Switch(config-if)#switchport mode trunk Switch(config)#interface f0/2 Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q Switch(config-if)#switchport mode trunk Switch(config)#interface vlan 10 Switch(config-if)#ip address 192.168.10.254 255.255.255.0 Switch(config-if)#no shutdown
二层交换机、三层交换机和路由器的基本工作原理和三者之间的主要区别
二层交换机、三层交换机和路由器的基本工作原理和三者之间的主要区别（转）2009-10-15 09:06 二层交换机: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； （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。 三层交换机: 三层交换技术就是将路由技术与交换技术合二为一的技术。在对第一个数据流进行路由后，它将会产生一个MAC地址与IP地址的映射表，当同样的数据流再次通过时，将根据此表直接从二层通过而不是再次路由，从而消除了路由器进行路由选择而造成网络的延迟，提高了数据包转发的效率。 路由器：传统地，路由器工作于OSI七层协议中的第三层，其主要任务是接收来自一个网络接口的数据包，根据其中所含的目的地址，决定转发到下一个目的地址。因此，路由器首先得在转发路由表中查找它的目的地址，若找到了目的地址，就在数据包的帧格前添加下一个MAC地址，同时IP数据包头的TTL（Time To Live）域也开始减数，并重新计算校验和。当数据包被送到输出端口时，它需要按顺序等待，以便被传送到输出链路上。 路由器在工作时能够按照某种路由通信协议查找设备中的路由表。如果到某一特定节点有一条以上的路径，则基本预先确定的路由准则是选择最优（或最经济）的传输路径。由于各种网络段和其相互连接情况可能会因环境变化而变化，因此路由情况的信息一般也按所使用的路由信息协议的规定而定时更新。 主要区别：二层交换机工作在数据链路层，三层交换机工作在网络层，路由器工作在网络层。 具体区别如下： 二层交换机和三层交换机的区别： 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，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。
三层交换机与路由器的配置_实例(图解)
三层交换机与路由器的配置实例（图解） 目的：学会使用三层交换与路由器让处于不同网段的网络相互通信 实验步骤：一：二层交换机的配置： 在三个二层交换机上分别划出两VLAN，并将二层交换机上与三层交换或路由器上的接线设置为trunk接口 二：三层交换机的配置： 1：首先在三层交换上划出两个VLAN，并进入VLAN为其配置IP，此IP将作为与他相连PC的网关。 2：将与二层交换机相连的线同样设置为trunk接线，并将三层交换与路由器连接的线设置为路由接口（no switchsport） 3：将路由器和下面的交换机进行单臂路由的配置 实验最终结果：拓扑图下各个PC均能相互通信
交换机的配置命令： SW 0: Switch> Switch>en Switch#conf Configuring from terminal, memory, or network [terminal]? Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z. Switch(config)#vlan 2 Switch(config-vlan)#exit Switch(config)#int f0/2 Switch(config-if)#switchport access vlan 2 Switch(config-if)#no shut Switch(config-if)#int f0/3 Switch(config-if)#switchport mode trunk %LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/3, changed state to down %LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/3, changed state to up Switch(config-if)#exit Switch(config)# SW 1: Switch>en Switch#conf Configuring from terminal, memory, or network [terminal]? Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z. Switch(config)#int f0/2 Switch(config-if)#switchport access vlan 2 % Access VLAN does not exist. Creating vlan 2 Switch(config-if)#no shut Switch(config-if)#exit Switch(config)#int f0/3 Switch(config-if)#switchport mode trunk %LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/3, changed state to down %LINEPROTO-5-UPDOWN: Line protocol on Interface FastEthernet0/3, changed state to up Switch(config-if)# SW 2: Switch>en Switch#conf Configuring from terminal, memory, or network [terminal]?
三层交换机配置ACL(访问控制列表)
三层交换机配置ACL（访问控制列表） 说明：书本上讲述的ACL主要是应用在路由器上，但现在三层交换机在大中型企业中的应用越来越广泛，三层交换机因拥有路由器的功能而逐渐代替路由器。ACL访问控制列表是构建安全规范的网络不可缺少的，但在三层交换机上配置ACL却不为一些刚进企业的初级网络管理维护人员所知。在这里我介绍一下在三层交换机上配置ACL的试验过程。 试验拓扑介绍： 三层交换机上配置本地Vlan 实现下层接入层交换机不同Vlan互通。 PC1 192.168.20.10 VLAN 192.168.20.1 PC2 192.168.30.20 VLAN 192.168.30.1 PC3 192.168.40.30 VLAN 192.168.40.1 PC4 192.168.50.40 VLAN 192.168.50.1 F0/1 192.168.70.2 （开启路由功能） 路由器上配置 F0/0 192.168.60.1 PC5 192.168.60.50 F0/1 192.168.70.1 试验步骤： 1、在二层交换机上把相应的PC加入VLAN 查看交换机Switch0 Switch0(config)#show run ！ interface FastEthernet0/1
switchport access vlan 2 ! interface FastEthernet0/2 switchport access vlan 3 ! 查看交换机Switch1 Switch1#show run ! interface FastEthernet0/3 switchport access vlan 4 ! interface FastEthernet0/4 switchport access vlan 5 ! 2、在三层交换机上配置相应的本地VALN Switch(config)#inter vl 2 Switch(config-if)#ip add 192.168.20.1 255.255.255.0 Switch(config-if)#no shut Switch(config)#inter vl 3 Switch(config-if)#ip add 192.168.30.1 255.255.255.0 Switch(config-if)#no shut Switch(config)#inter vl 4 Switch(config-if)#ip add 192.168.40.1 255.255.255.0 Switch(config-if)#no shut Switch(config)#inter vl 5 Switch(config-if)#ip add 192.168.50.1 255.255.255.0 Switch(config-if)#no shut Switch(config-if)#exi 在接口itnerface f0/1上开启路由接口 Switch(config)#inter f0/1 Switch(config-if)#no switchport 3、在二层交换机和三层交换机之间开启中继链路 4、在路由器和三层交换机上配置动态路由协议RIP Router（config）#router rip Router（config）#network 192.168.60.0 Router（config）# network 192.168.70.0 三层交换机上配置 Switch(config)#router rip Switch(config-router)#ne Switch(config-router)#network 192.168.70.0 Switch(config-router)#network 192.168.20.0 Switch(config-router)#network 192.168.30.0 Switch(config-router)#network 192.168.40.0 Switch(config-router)#network 192.168.50.0 Switch(config-router)# 5、验证各PC互通 PC>ping 192.168.30.20 Pinging 192.168.30.20 with 32 bytes of data: Request timed out.
华为三层交换机配置实例分析
华为三层交换机配置实例一例 服务器1双网卡，内网IP:192.168.0.1，其它计算机通过其代理上网 PORT1属于VLAN1 PORT2属于VLAN2 PORT3属于VLAN3 VLAN1的机器可以正常上网 配置VLAN2的计算机的网关为：192.168.1.254 配置VLAN3的计算机的网关为：192.168.2.254 即可实现VLAN间互联 如果VLAN2和VLAN3的计算机要通过服务器1上网 则需在三层交换机上配置默认路由 系统视图下：ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0 192.168.0.1 然后再在服务器1上配置回程路由 进入命令提示符 route add 192.168.1.0 255.255.255.0 192.168.0.254 route add 192.168.2.0 255.255.255.0 192.168.0.254 这个时候vlan2和vlan3中的计算机就可以通过服务器1访问internet了~~ 华为路由器与CISCO路由器在配置上的差别＂ 华为路由器与同档次的CISCO路由器在功能特性与配置界面上完全一致，有些方面还根据国内用户的需求作了很好的改进。例如中英文可切换的配置与调试界面，使中文用户再也不用面对着一大堆的英文专业单词而无从下手了。另外它的软件升级，远程配置，备份中心，PPP回拨，路由器热备份等，对用户来说均是极有用的功能特性。 在配置方面，华为路由器以前的软件版本(VRP1.0－相当于CISCO的IOS)与CISCO有细微的差别，但目前的版本(VRP1.1)已和CISCO兼容，下面首先介绍VRP软件的升级方法，然后给出配置上的说明。 一、VRP软件升级操作 升级前用户应了解自己路由器的硬件配置以及相应的引导软件bootrom的版本，因为这关系到是否可以升级以及升级的方法，否则升级失败会导致路由器不能运行。在此我们以从VRP1.0升级到VRP1.1为例说明升级的方法。 1.路由器配置电缆一端与PC机的串口一端与路由器的console口连接 2.在win95/98下建立使用直连线的超级终端，参数如下： 波特率9600，数据位8，停止位1，无效验，无流控，VT100终端类型 3.超级终端连机后打开路由器电源，屏幕上会出现引导信息，在出现： Press Ctrl－B to enter Boot Menu. 时三秒内按下Ctrl＋b,会提示输入密码 Please input Bootrom password: 默认密码为空，直接回车进入引导菜单Boot Menu,在该菜单下选1，即Download application program升级VRP软件，之后屏幕提示选择下载波特率，我们一般选择38400 bps，随即出现提示信息： Download speed is 38400 bps.Please change the terminal's speed to 38400 bps,and select XMODEM protocol.Press ENTER key when ready. 此时进入超级终端“属性”，修改波特率为38400，修改后应断开超级终端的连接，再进入连接状态，以使新属性起效，之后屏幕提示： Downloading…CCC 这表示路由器已进入等待接收文件的状态，我们可以选择超级终端的文件“发送”功能，选定相应的VRP软件文件名，通讯协议选Xmodem，之后超级终端自动发送文件到路由器中，整个传送过程大约耗时8分半钟。完成后有提示信息出现，系统会将收到的VRP软件写入Flash Memory覆盖原来的系统，此时整个升级过程完成，系统提示改回超级终端的波特率： Restore the terminal's speed to 9600 bps. Press ENTER key when ready. 修改完后记住进行超级终端的断开和连接操作使新属性起效，之后路由器软件开始启动，用show ver命令将看见
三层交换机基本配置
三层交换机基本配置 【实验名称】 三层交换机端口配置 【实验目的】 配置开启三层交换机的三层功能，实现路由作用。 【背景描述】 为了隔离广播域而划分了VLAN，但不同的VLAN之间需要通信，本实验将实现这一功能。即同一VLAN里的计算机能跨交换机通信，不同VLAN里的计算机系统也能互相通信。 【技术原理】 三层交换机是在二层交换的基础上实现了三层的路由功能。三层交换机基于“一次路由，多次交换”的特性，在局域网环境中转发性能远远高于路由器。而且三层交换机同时具备二层的功能，能和二层交换机进行很好的数据转发。三层交换机的以太网接口要比一般的路由器多很多，更加适合多个局域网段之间的互联。 三层交换机本身默认开启了路由功能，可利用IP Routing命令进行控制。 【实验设备】 S3350（一台），PC机（两台）。 【实验拓扑】
注意：先连线，在进行配置，注意连接线缆的接口编号。S3350为三层交换机。 【实验步骤】 步骤一 开启三层交换机的路由功能： Switch>enable //进程特权模式 Switch #configure terminal //进入全局模式 Switch (config)#hostname s3350-24 S3350-24 (config)#ip routing //开启三层交换机的路由功能 步骤二 配置三层交换机端口的路由功能： S3350-24>enable //进入特权模式 S3350-24#configure terminal //进入全局模式 S3350-241 (config)#interface fastethernet 0/2 //进入fa0/2端口 S3350-24 (config-if)#no switchport //开启端口的三层路由功能 S3350-24 (config-if)#ip address 192.168.5.254 255.255.255.0 //配置ip地址S3350-24 (config-if)#no shutdown //启用端口，使其转发数据
三层交换机路由配置实例
三层交换机路由配置 一、三层交换机VLAN间路由建立 某公司有两个主要部门：技术部和销售部，分处于不同的办公室，为了安全和便于管理对两个部门的主机进行了VLAN划分，技术部和销售部分处于不同VLAN。现由于业务需要销售部和技术部的主机能够相互访问，获得相应资源，两个部门的交换机通过一台三层交换机进行连接。 在交换机上建立2个Vlan：Vlan10分配给技术部及Vlan20分配给销售部。为了实现两部门的主机能够相互访问，在三层交换机上开启路由功能，并在Vlan10中设置IP地址为192.168.10.1；在Vlan20中设置IP地址为192.168.20.1，查看三层交换机路由表，会发现在三层交换机路由表内有2条直连路由信息，实现在不同网络之间路由数据包，从而达到2个部门的主机可以相互访问，拓朴图如图所示。 第1步：开启三层交换机路由功能 Switch#configure terminal Switch(config)#hostname s3550
S3550(conifg)#ip routing 第2步：建立Vlan，并分配端口 S3550(conifg)#vlan 10 S3550(config-vlan)#name sales S3550(config-vlan)#exit S3550(conifg)#vlan 20 S3550(config-vlan)#name technical S3550(config-vlan)#exit S3550(conifg)# S3550(conifg)#interface fastethernet 0/10 S3550(conifg-if)#switchport mode access S3550(conifg-if)#switchport access vlan 10 S3550(conifg-if)#exit S3550(conifg)# interface fastethernet 0/20 S3550(conifg-if)#switchport mode access S3550(conifg-if)#switchport access vlan 20 S3550(config-vlan)#exit S3550(config)# 第3步：配置三层交换机端口的路由功能 S3550(config)#interface vlan 10 S3550(conifg-if)#ip address 192.168.10.1 255.255.255.0 S3550(conifg-if)#no shutdown
说明二层交换机、三层交换机和路由器的基本工作原理和三者之间的主要区别
说明二层交换机、三层交换机和路由器的基本工作原理和三者之间的主要区别2008-05-08 15:02 二层交换机: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； （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. 三层交换机: 三层交换技术就是将路由技术与交换技术合二为一的技术。在对第一个数据流进行路由后，它将会产生一个MAC地址与IP地址的映射表，当同样的数据流再次通过时，将根据此表直接从二层通过而不是再次路由，从而消除了路由器进行路由选择而造成网络的延迟，提高了数据包转发的效率. 路由器：传统地，路由器工作于OSI七层协议中的第三层，其主要任务是接收来自一个网络接口的数据包，根据其中所含的目的地址，决定转发到下一个目的地址。因此，路由器首先得在转发路由表中查找它的目的地址，若找到了目的地址，就在数据包的帧格前添加下一个MAC地址，同时IP数据包头的TTL（Time To Live）域也开始减数，并重新计算校验和。当数据包被送到输出端口时，它需要按顺序等待，以便被传送到输出链路上。 路由器在工作时能够按照某种路由通信协议查找设备中的路由表。如果到某一特定节点有一条以上的路径，则基本预先确定的路由准则是选择最优（或最经济）的传输路径。由于各种网络段和其相互连接情况可能会因环境变化而变化，因此路由情况的信息一般也按所使用的路由信息协议的规定而定时更新。 主要区别：二层交换机工作在数据链路层，三层交换机工作在网络层，路由器工作在网络层。 具体区别如下： 二层交换机和三层交换机的区别： 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，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。 什么是三层交换 三层交换（也称多层交换技术，或IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层——数据链路层进行*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。简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。 三层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由
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