第三层交换技术

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1、第三层交换技术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一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。2.三层

2、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---lOOMbit/s)o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:⑴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，

3、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，釆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。

4、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，这当A对〃缺个IP地址实际上对应第三层交换机的第三层交换模块。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MAC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MAC地址，第三层交换模块保存此地址并回复给发送站Ao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

5、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。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

6、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。4、硬件结构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，见图RSIC处理器模块〈:PCI总线:〉交换模块5.软件结构三层交换机的软件系统采用了模块化、分

7、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。如图所示，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

8、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0SPF等协议，即实现第三层路由的主要功能；网管模块实现