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交換機層數詳細介紹
交換機并非一個(gè)層次的設備，它可以分為二層交換機，三層交換機及四層交換機，交換機的層數您分的清楚嗎?以下的內容是比較基本和詳細的，對于交換機的初識者應該可以很容易就理解了。
二層交換機
二層交換技術(shù)的發(fā)展比較成熟，二層交換機屬數據鏈路層設備，可以識別數據包中的MAC地址信息，根據MAC地址進(jìn)行轉發(fā)，并將這些MAC地址與對應的端口記錄在自己內部的一個(gè)地址表中。
具體的工作流程如下：
1) 當交換機從某個(gè)端口收到一個(gè)數據包，它先讀取包頭中的源MAC地址，這樣它就知道源MAC地址的機器是連在哪個(gè)端口上的;
2) 再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應的端口;
3) 如表中有與這目的MAC地址對應的端口，把數據包直接復制到這端口上;
4) 如表中找不到相應的端口則把數據包廣播到所有端口上，當目的機器對源機器回應時(shí)，交換機又可以記錄這一目的MAC地址與哪個(gè)端口對應，在下次傳送數據時(shí)就不再需要對所有端口進(jìn)行廣播了。不斷的循環(huán)這個(gè)過(guò)程，對于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學(xué)習到，二層交換機就是這樣建立和維護它自己的地址表。
從二層交換機的工作原理可以推知以下三點(diǎn)：
1) 由于交換機對多數端口的數據進(jìn)行同時(shí)交換，這就要求具有很寬的交換總線(xiàn)帶寬，如果二層交換機有N個(gè)端口，每個(gè)端口的帶寬是M，交換機總線(xiàn)帶寬超過(guò)N×M，那么這交換機就可以實(shí)現線(xiàn)速交換;
2) 學(xué)習端口連接的機器的MAC地址，寫(xiě)入地址表，地址表的大小(一般兩種表示方式：一為BEFFER RAM，一為MAC表項數值)，地址表大小影響交換機的接入容量;
3) 還有一個(gè)就是二層交換機一般都含有專(zhuān)門(mén)用于處理數據包轉發(fā)的ASIC(Application specific Integrated Circuit, 專(zhuān)用集成電路)芯片，因此轉發(fā)速度可以做到非�？�。由于各個(gè)廠(chǎng)家采用ASIC不同，直接影響產(chǎn)品性能。
以上三點(diǎn)也是評判二、三層交換機性能優(yōu)劣的主要技術(shù)參數，這一點(diǎn)請大家在考慮設備選型時(shí)注意比較。
三層交換機
下面先來(lái)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )來(lái)看看三層交換機的工作過(guò)程。
使用IP的設備A——————三層交換機——————使用IP的設備B
比如A要給B發(fā)送數據，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，但不知道轉發(fā)數據所需的MAC地址，A就發(fā)送一個(gè)ARP請求，B返回其MAC地址，A用此MAC封裝數據包并發(fā)送給交換機，交換機起用二層交換模塊，查找MAC地址表，將數據包轉發(fā)到相應的端口。
如果目的IP地址顯示不是同一網(wǎng)段的，那么A要實(shí)現和B的通訊，在流緩存條目中沒(méi)有對應MAC地址條目，就將第一個(gè)正常數據包發(fā)送向一個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)，這個(gè)缺省網(wǎng)關(guān)一般在操作系統中已經(jīng)設好，對應第三層路由模塊，所以可見(jiàn)對于不是同一子網(wǎng)的數據，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據包，查詢(xún)路由表以確定到達B的路由，將構造一個(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B的MAC地址為目的MAC地址。通過(guò)一定的識別觸發(fā)機制，確立主機A與B的MAC地址及轉發(fā)端口的對應關(guān)系，并記錄進(jìn)流緩存條目表，以后的A到B的數據，就直接交由二層交換模塊完成。這就通常所說(shuō)的一次路由多次轉發(fā)。
以上就是三層交換機工作過(guò)程的簡(jiǎn)單概括，可以看出三層交換的特點(diǎn)：
1)由硬件結合實(shí)現數據的高速轉發(fā)。這就不是簡(jiǎn)單的二層交換機和路由器的疊加，三層路由模塊直接疊加在二層交換的高速背板總線(xiàn)上，突破了傳統路由器的接口速率限制，速率可達幾十Gbit/s。算上背板帶寬，這些是三層交換機性能的兩個(gè)重要參數。
2)簡(jiǎn)潔的路由軟件使路由過(guò)程簡(jiǎn)化。大部分的數據轉發(fā)，除了必要的路由選擇交由路由軟件處理，都是由二層模塊高速轉發(fā)，路由軟件大多都是經(jīng)過(guò)處理的高效優(yōu)化軟件，并不是簡(jiǎn)單照搬路由器中的軟件。
四層交換機
第四層交換的一個(gè)簡(jiǎn)單定義是：它是一種功能，它決定傳輸不僅僅依據MAC地址(第二層網(wǎng)橋)或源/目標IP地址(第三層路由)，而且依據TCP/UDP(第四層) 應用端口號。第四層交換功能就象是虛IP，指向物理服務(wù)器。它傳輸的業(yè)務(wù)服從的協(xié)議多種多樣，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他協(xié)議。這些業(yè)務(wù)在物理服務(wù)器基礎上，需要復雜的載量平衡算法。
在IP世界，業(yè)務(wù)類(lèi)型由終端TCP或UDP端口地址來(lái)決定，在第四層交換中的應用區間則由源端和終端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。在第四層交換中為每個(gè)供搜尋使用的服務(wù)器組設立虛IP地址(VIP)，每組服務(wù)器支持某種應用。
在域名服務(wù)器(DNS)中存儲的每個(gè)應用服務(wù)器地址是VIP，而不是真實(shí)的服務(wù)器地址。當某用戶(hù)申請應用時(shí)，一個(gè)帶有目標服務(wù)器組的VIP連接請求(例如一個(gè)TCP SYN包)發(fā)給服務(wù)器交換機。服務(wù)器交換機在組中選取最好的服務(wù)器，將終端地址中的VIP用實(shí)際服務(wù)器的IP取代，并將連接請求傳給服務(wù)器。這樣，同一區間所有的包由服務(wù)器交換機進(jìn)行映射，在用戶(hù)和同一服務(wù)器間進(jìn)行傳輸。
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