谈三层交换技术之前，想先二层交换的优势和不足二层

前言

数据交换技术的发展，自然是随着互联网的不断发展和广泛应用而推进的——从最初的简单电路交换到二层交换，再从二层交换到今天更加成熟的三层交换. 随着网络技术的发展，交换也将向高级交换发展。

我们经常听说三层交换机，我们也知道三层交换机的使用对于网络管理和提高网络速度是非常有帮助的。那么三层交换技术是如何“工作”的呢？本文将重点介绍第 3 层交换技术的原理。在说三层交换技术之前，先简单介绍一下二层交换技术。

二层交换的优缺点

二层交换技术已经从网桥发展到VLAN（Virtual Local Area Network），在局域网的建设和改造中得到了广泛的应用。顾名思义，二层交换技术是指交换机工作在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层。它根据接收到的数据包的目的MAC地址进行转发，对网络层或更高层协议是透明的。它不处理网络层的IP地址，也不处理TCP、UDP等高级协议的端口地址。它只需要数据包的物理地址，即MAC地址。数据交换由硬件实现，速度相当快。第 2 层交换的一个显着优势。然而，

上图：标准 OSI 参考模型

第 3 层交换技术的诞生

相比之下，传统路由器可以跨IP子网处理大量数据包，但转发效率远低于二层。那么有没有可能产生一种技术，不仅可以利用二层的高效率转发，还要处理三层IP包？于是在这种需求下，三层交换技术应运而生。

第三层交换技术（也称为多层交换技术，或IP交换技术​​）是相对于传统交换概念提出的。众所周知，传统的交换技术是运行在OSI网络标准模型的第二层——数据链路层，而三层交换技术是在网络模型的第三层实现数据包的高速转发。 . 简单来说，三层交换技术是一种结合了路由技术和交换技术的技术，即二层交换技术+三层转发技术。

三层交换原理

如前所述，第三层交换工作在OSI七层网络模型的第三层，即网络层。它利用第三层协议中IP包的头信息来标记后续的数据业务流，将具有相同标记的数据流的后续包交换到第二层数据链路层c语言实现二层交换机的工作原理，从而得到通过源 IP 地址和目的 IP 地址之间的路径。该路径仅通过第 2 层链路层。有了这条路径，三层交换机就不需要每次都对收到的数据包进行解包来确定路由，而是直接转发数据包，交换数据流。

举例说明三层切换过程

为了便于理解，下面给出一个实际例子来说明三层交换过程是如何工作的：

假设使用 IP 协议的两个站点 A 和 B 通过第 3 层交换机进行通信。站点 A 是发送站点，站点 B 是目标站点。

Step 1：A开始发送时，将自己的IP地址与B的IP地址进行比较，判断B是否与自己在同一个子网内。

第二步：如果B和A在同一个子网，进行二层转发；如果它们不在同一个子网中，A 需要向“默认网关”发送一个 ARP（地址解析）数据包。值得注意的是，与二层交换机的“默认网关”不同c语言实现二层交换机的工作原理，路由器在这里是“默认网关”的IP地址，实际上是三层交换机的三层交换模块。

第三步：当A向“默认网关”的IP地址广播ARP请求时，如果三层交换模块在之前的通信过程中已经知道B站的MAC地址，则将B站的MAC地址回复给发送站A。

第四步：如果三层交换模块没有和站点B通信，不知道B的MAC地址，它会根据路由信息向B广播一个ARP请求。层交换模块保存这个地址并回复A，同时将B的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。

第五步：之后A到B的数据包全部交给二层交换机处理，无需经过三层路由，实现高速数据交换。

从上面的例子可以看出，数据通信在路由过程中只需要三层处理，大部分数据都是通过二层交换转发的。所以三层交换机的速度非常快，基本接近二层交换机的转发速度。

三层交换技术的作用

三层交换技术的出现解决了在局域网中划分网段后，该网段中的子网必须依赖路由器进行管理的情况，从而缓解了负担过重带来的网络瓶颈问题的路由器。

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