交換機(jī)各層間的區(qū)別和功能是什么
交換機(jī)工作于OSI參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。交換機(jī)內(nèi)部的CPU會在每個端口成功連接時，通過將MAC地址和端口對應(yīng)，形成一張MAC表，交換機(jī)中根據(jù)特點和功能分層，那么具體有什么層呢?每層的功能是什么?下面一起看看!
具體的工作流程如下：
(1) 當(dāng)交換機(jī)從某個端口收到一個數(shù)據(jù)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(jī)器是連在哪個端口上的;
(2) 再去讀取包頭中的目的MAC地址，并在地址表中查找相應(yīng)的端口;
(3) 如表中有與這目的MAC地址對應(yīng)的端口，把數(shù)據(jù)包直接復(fù)制到這端口上;
(4) 如表中找不到相應(yīng)的端口則把數(shù)據(jù)包廣播到所有端口上，當(dāng)目的機(jī)器對源機(jī)器回應(yīng)時，交換機(jī)又可以學(xué)習(xí)一目的MAC地址與哪個端口對應(yīng)，在下次傳送數(shù)據(jù)時就不再需要對所有端口進(jìn)行廣播了。
不斷的循環(huán)這個過程，對于全網(wǎng)的MAC地址信息都可以學(xué)習(xí)到，二層交換機(jī)就是這樣建立和維護(hù)它自己的地址表。
從二層交換機(jī)的工作原理可以推知以下三點：
(1) 由于交換機(jī)對多數(shù)端口的數(shù)據(jù)進(jìn)行同時交換，這就要求具有很寬的交換總線帶寬，如果二層交換機(jī)有N個端口，每個端口的帶寬是M，交換機(jī)總線帶寬超過N×M，那么這交換機(jī)就可以實現(xiàn)線速交換;
(2) 學(xué)習(xí)端口連接的機(jī)器的MAC地址，寫入地址表，地址表的大小(一般兩種表示方式：一為BEFFER RAM，一為MAC表項數(shù)值)，地址表大小影響交換機(jī)的接入容量;
(3) 還有一個就是二層交換機(jī)一般都含有專門用于處理數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的ASIC (Application specific Integrated Circuit)芯片，因此轉(zhuǎn)發(fā)速度可以做到非?？?。由于各個廠家采用ASIC不同，直接影響產(chǎn)品性能。
以上三點也是評判二三層交換機(jī)性能優(yōu)劣的主要技術(shù)參數(shù)，這一點請大家在考慮設(shè)備選型時注意比較。
(二)路由技術(shù)
路由器工作在OSI模型的第三層---網(wǎng)絡(luò)層操作，其工作模式與二層交換相似，但路由器工作在第三層，這個區(qū)別決定了路由和交換在傳遞包時使用不同的控制信息，實現(xiàn)功能的方式就不同。工作原理是在路由器的內(nèi)部也有一個表，這個表所標(biāo)示的是如果要去某一個地方，下一步應(yīng)該向那里走，如果能從路由表中找到數(shù)據(jù)包下一步往那里走，把鏈路層信息加上轉(zhuǎn)發(fā)出去;如果不能知道下一步走向那里，則將此包丟棄，然后返回一個信息交給源地址。
路由技術(shù)實質(zhì)上來說不過兩種功能：決定最優(yōu)路由和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。路由表中寫入各種信息，由路由算法計算出到達(dá)目的地址的最佳路徑，然后由相對簡單直接的轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制發(fā)送數(shù)據(jù)包。接受數(shù)據(jù)的下一臺路由器依照相同的工作方式繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)，依次類推，直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的路由器。
而路由表的維護(hù)，也有兩種不同的方式。一種是路由信息的更新，將部分或者全部的路由信息公布出去，路由器通過互相學(xué)習(xí)路由信息，就掌握了全網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這一類的路由協(xié)議稱為距離矢量路由協(xié)議;另一種是路由器將自己的鏈路狀態(tài)信息進(jìn)行廣播，通過互相學(xué)習(xí)掌握全網(wǎng)的路由信息，進(jìn)而計算出最佳的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，這類路由協(xié)議稱為鏈路狀態(tài)路由協(xié)議。
由于路由器需要做大量的路徑計算工作，一般處理器的工作能力直接決定其性能的優(yōu)劣。當(dāng)然這一判斷還是對中低端路由器而言，因為高端路由器往往采用分布式處理系統(tǒng)體系設(shè)計。
(三)三層交換技術(shù)
近年來的對三層技術(shù)的宣傳，耳朵都能起繭子，到處都在喊三層技術(shù)，有人說這是個非常新的技術(shù)，也有人說，三層交換嘛，不就是路由器和二層交換機(jī)的堆疊，也沒有什么新的玩意，事實果真如此嗎?下面先來通過一個簡單的網(wǎng)絡(luò)來看看三層交換機(jī)的工作過程。
組網(wǎng)比較簡單
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ARP請求，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要實現(xiàn)和B的通訊，在流緩存條目中沒有對應(yīng)MAC地址條目，就將第一個正常數(shù)據(jù)包發(fā)送向一個缺省網(wǎng)關(guān)，這個缺省網(wǎng)關(guān)一般在操作系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)好，對應(yīng)第三層路由模塊，所以可見對于不是同一子網(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)。
以上就是三層交換機(jī)工作過程的簡單概括，可以看出三層交換的特點：由硬件結(jié)合實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)。
這就不是簡單的二層交換機(jī)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上，突破了傳統(tǒng)路由器的接口速率限制，速率可達(dá)幾十Gbit/s。算上背板帶寬，這些是三層交換機(jī)性能的兩個重要參數(shù)。
簡潔的路由軟件使路由過程簡化。
大部分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，除了必要的路由選擇交由路由軟件處理，都是又二層模塊高速轉(zhuǎn)發(fā)，路由軟件大多都是經(jīng)過處理的高效優(yōu)化軟件，并不是簡單照搬路由器中的軟件。
結(jié)論
二層交換機(jī)用于小型的局域網(wǎng)絡(luò)。這個就不用多言了，在小型局域網(wǎng)中，廣播包影響不大，二層交換機(jī)的快速交換功能、多個接入端口和低謙價格為小型網(wǎng)絡(luò)用戶提供了很完善的解決方案。
路由器的優(yōu)點在于接口類型豐富，支持的三層功能強(qiáng)大，路由能力強(qiáng)大，適合用于大型的網(wǎng)絡(luò)間的路由，它的優(yōu)勢在于選擇最佳路由，負(fù)荷分擔(dān)，鏈路備份及和其他網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行路由信息的交換等等路由器所具有功能。
三層交換機(jī)的最重要的功能是加快大型局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)，加入路由功能也是為這個目的服務(wù)的。如果把大型網(wǎng)絡(luò)按照部門，地域等等因素劃分成一個個小局域網(wǎng)，這將導(dǎo)致大量的網(wǎng)際互訪，單純的使用二層交換機(jī)不能實現(xiàn)網(wǎng)際互訪;如單純的使用路由器，由于接口數(shù)量有限和路由轉(zhuǎn)發(fā)速度慢，將限制網(wǎng)絡(luò)的速度和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，采用具有路由功能的快速轉(zhuǎn)發(fā)的三層交換機(jī)就成為首選。
一般來說，在內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)流量大，要求快速轉(zhuǎn)發(fā)響應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)中，如全部由三層交換機(jī)來做這個工作，會造成三層交換機(jī)負(fù)擔(dān)過重，響應(yīng)速度受影響，將網(wǎng)間的路由交由路由器去完成，充分發(fā)揮不同設(shè)備的優(yōu)點，不失為一種好的組網(wǎng)策略，當(dāng)然，前提是客戶的腰包很鼓，不然就退而求其次，讓三層交換機(jī)也兼為網(wǎng)際互連。
第四層交換的一個簡單定義是：它是一種功能，它決定傳輸不僅僅依據(jù)MAC地址(第二層網(wǎng)橋)或源/目標(biāo)IP地址(第三層路由),而且依據(jù)TCP/UDP(第四層) 應(yīng)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?shù)臉I(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(chǔ)上，需要復(fù)雜的載量平衡算法。在IP世界，業(yè)務(wù)類型由終端TCP或UDP端口地址來決定，在第四層交換中的應(yīng)用區(qū)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供搜尋使用的服務(wù)器組設(shè)立虛IP地址(VIP)，每組服務(wù)器支持某種應(yīng)用。在域名服務(wù)器(DNS)中存儲的每個應(yīng)用服務(wù)器地址是VIP，而不是真實的服務(wù)器地址。
當(dāng)某用戶申請應(yīng)用時，一個帶有目標(biāo)服務(wù)器組的VIP連接請求(例如一個TCP SYN包)發(fā)給服務(wù)器交換機(jī)。服務(wù)器交換機(jī)在組中選取最好的服務(wù)器，將終端地址中的VIP用實際服務(wù)器的IP取代，并將連接請求傳給服務(wù)器。這樣，同一區(qū)間所有的包由服務(wù)器交換機(jī)進(jìn)行映射，在用戶和同一服務(wù)器間進(jìn)行傳輸。
補(bǔ)充：交換機(jī)基本使用方法
作為基本核心交換機(jī)使用，連接多個有線設(shè)備使用：網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如下圖，基本連接參考上面的【方法/步驟1：基本連接方式 】
作為網(wǎng)絡(luò)隔離使用：對于一些功能好的交換機(jī)，可以通過模式選擇開關(guān)選擇網(wǎng)絡(luò)隔離模式，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)隔離的作用，可以只允許普通端口和UPlink端口通訊，普通端口之間是相互隔離不可以通訊的
除了作為核心交換機(jī)(中心交換機(jī))使用，還可以作為擴(kuò)展交換機(jī)(接入交換機(jī))來擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)
放在路由器上方，擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商的網(wǎng)絡(luò)線路(用于一條線路多個IP的網(wǎng)絡(luò))，連接之后不同的路由器用不同的IP連接至公網(wǎng)
相關(guān)閱讀：交換機(jī)硬件故障常見問題
電源故障：
由于外部供電不穩(wěn)定，或者電源線路老化或者雷擊等原因?qū)е码娫磽p壞或者風(fēng)扇停止，從而不能正常工作。
由于電源緣故而導(dǎo)致機(jī)內(nèi)其他部件損壞的事情也經(jīng)常發(fā)生。
如果面板上的POWER指示燈是綠色的，就表示是正常的;如果該指示燈滅了，則說明交換機(jī)沒有正常供電。
這類問題很容易發(fā)現(xiàn)，也很容易解決，同時也是最容易預(yù)防的。
針對這類故障，首先應(yīng)該做好外部電源的供應(yīng)工作，一般通過引入獨立的電力線來提供獨立的電源，并添加穩(wěn)壓器來避免瞬間高壓或低壓現(xiàn)象。
如果條件允許，可以添加UPS(不間斷電源)來保證交換機(jī)的正常供電，有的UPS提供穩(wěn)壓功能，而有的沒有，選擇時要注意。
在機(jī)房內(nèi)設(shè)置專業(yè)的避雷措施，來避免雷電對交換機(jī)的傷害。現(xiàn)在有很多做避雷工程的專業(yè)公司，實施網(wǎng)絡(luò)布線時可以考慮。
交換機(jī)各層間的區(qū)別相關(guān)文章：
2.如何使用AC跨三層交換機(jī)管理不同網(wǎng)段的AP
4.路由器有幾種類型