交換機基礎知識總結之層數篇
二層交換機
二層交換技術的發展比較成熟，二層交換機屬資料鏈路層裝置，可以識別資料報中的mac位址資訊，根據mac位址進行**，並將這些mac位址與對應的埠記錄在自己內部的乙個位址表中。
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具體的工作流程如下：
1) 當交換機從某個埠收到乙個資料報，它先讀取包頭中的源mac位址，這樣它就知道源mac位址的機器是連在哪個埠上的；
2) 再去讀取包頭中的目的mac位址，並在位址表中查詢相應的埠；
3) 如表中有與這目的mac位址對應的埠，把資料報直接複製到這埠上；
4) 如表中找不到相應的埠則把資料報廣播到所有埠上，當目的機器對源機器回應時，交換機又可以記錄這一目的mac位址與哪個埠對應，在下次傳送資料時就不再需要對所有埠進行廣播了。不斷的迴圈這個過程，對於全網的mac位址資訊都可以學習到，二層交換機就是這樣建立和維護它自己的位址表。
從二層交換機的工作原理可以推知以下三點：
1) 由於交換機對多數埠的資料進行同時交換，這就要求具有很寬的交換匯流排頻寬，如果二層交換機有n個埠，每個埠的頻寬是m，交換機匯流排頻寬超過nm，那麼這交換機就可以實現線速交換；
2) 學習埠連線的機器的mac位址，寫入位址表，位址表的大小（一般兩種表示方式：一為beffer ram，一為mac表項數值），位址表大小影響交換機的接入容量；
3) 還有乙個就是二層交換機一般都含有專門用於處理資料報**的asic（application specific integrated circuit, 專用積體電路）晶元，因此**速度可以做到非常快。由於各個廠家採用asic不同，直接影響產品效能。
以上三點也是評判
二、三層交換機效能優劣的主要技術引數，這一點請大家在考慮裝置選型時注意比較。
三層交換機
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下面先來通過乙個簡單的網路來看看三層交換機的工作過程。
使用ip的裝置a——————三層交換機——————使用ip的裝置b
比如a要給b傳送資料，已知目的ip，那麼a就用子網掩碼取得網路位址，判斷目的ip是否與自己在同一網段。如果在同一網段，但不知道**資料所需的mac位址，a就傳送乙個arp請求，b返回其mac位址，a用此mac封裝資料報並傳送給交換機，交換機起用二層交換模組，查詢mac位址表，將資料報**到相應的埠。
如果目的ip位址顯示不是同一網段的，那麼a要實現和b的通訊，在流快取條目中沒有對應mac位址條目，就將第乙個正常資料報傳送向乙個預設閘道器，這個預設閘道器一般在作業系統中已經設好，對應第三層路由模組，所以可見對於不是同一子網的資料，最先在mac表中放的是預設閘道器的mac位址；然後就由三層模組接收到此資料報，查詢路由表以確定到達b的路由，將構造乙個新的幀頭，其中以預設閘道器的mac位址為源mac位址，以主機b的mac位址為目的mac位址。通過一定的識別觸發機制，確立主機a與b的mac位址及**埠的對應關係，並記錄進流快取條目表，以後的a到b的資料，就直接交由二層交換模組完成。這就通常所說的一次路由多次**。
以上就是三層交換機工作過程的簡單概括，可以看出三層交換的特點：
1）由硬體結合實現資料的高速**。這就不是簡單的二層交換機和路由器的疊加，三層路由模組直接疊加在二層交換的高速背板匯流排上，突破了傳統路由器的介面速率限制，速率可達幾十gbit/s。算上背板頻寬，這些是三層交換機效能的兩個重要引數。
2）簡潔的路由軟體使路由過程簡化。大部分的資料**，除了必要的路由選擇交由路由軟體處理，都是由二層模組高速**，路由軟體大多都是經過處理的高效優化軟體，並不是簡單照搬路由器中的軟體。
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四層交換機
第四層交換的乙個簡單定義是：它是一種功能，它決定傳輸不僅僅依據mac位址(第二層網橋)或源/目標ip位址（第三層路由），而且依據tcp/udp(第四層) 應用埠號。第四層交換功能就象是虛ip，指向物理伺服器。它傳輸的業務服從的協議多種多樣，有http、ftp、nfs、telnet或其他協議。這些業務在物理伺服器基礎上，需要複雜的載量平衡演算法。
在ip世界，業務型別由終端tcp或udp埠位址來決定，在第四層交換中的應用區間則由源端和終端ip位址、tcp和udp埠共同決定。在第四層交換中為每個供搜尋使用的伺服器組設立虛ip位址（vip），每組伺服器支援某種應用。
在網域名稱伺服器（dns）中儲存的每個應用伺服器位址是vip，而不是真實的伺服器位址。當某使用者申請應用時，乙個帶有目標伺服器組的vip連線請求（例如乙個tcp syn包）發給伺服器交換機。伺服器交換機在組中選取最好的伺服器，將終端位址中的vip用實際伺服器的ip取代，並將連線請求傳給伺服器。這樣，同一區間所有的包由伺服器交換機進行對映，在使用者和同一伺服器間進行傳輸。
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