局域网构建与管理项目教程 教学课件 作者 汪双顶 模块七.pptx

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1、模块7构建三层交换网络7.1三层交换网络基础7.1.1什么是三层交换三层交换机为千兆网络这样带宽密集型架构网络，提供所需的路由性能，因此三层交换机部署在网络中具有更高战略意义位置，可提供远远高于传统路由器的性能，非常适合网络带宽密集以太网工作环境中应用，如图7-3所示。由于三层交换机合并了典型路由器中相互分离的交换技术（第二层）和路由技术（第三层）。把这些技术有机结合在一起，从而大大改进了网络速度，优化了网络传输环境。1）集线器（第一层）集线器是工作在物理层设备，不能区别信号中携带的信息，只能使用

2、广播方式实现通信。（2）二层交换机（第二层）交换机是数据链路层设备，能识别信号中携带的MAC物理地址信息，能按照学习到的地址信息，有针对性地进行通信，只在无法找到目标地址时，才用广播的方式进行通信。此外交换机在每个端口提供一个独特的网络段，从而分离了冲突域。（3）路由器（第三层）路由器是网络层设备，能识别信号中携带的IP地址信息，可分离广播域，并能连接不同的网络，实现不同网络之间的通信。路由器设备在通信过程中，是根据信号中携带的目标网络层的IP地址，而不是数据链路层MAC地址来引导网络信息流。但路

3、由器设备通常采用软件模式解析信号，因此在网络中数据转发的性能比第二层交换相对迟缓。（4）三层交换机（第三层）三层交换机也是工作在网络层设备，和路由器一样可部署在使用路由器的任何网络区域。第三层交换机在工作中，使用硬件制作ASIC芯片来解析传输信号。通过使用先进的ASIC芯片，三层交换机可提供远远高于基于软件路由器的性能。如每秒4000万个数据包（三层交换机）对每秒30万个数据包（路由器），如图7-2所示。7.1.2二层交换技术和三层交换技术（1）第二层交换技术第二层交换是在OSI模型中的数据链路层

4、进行。在第二层交换中，帧的交换基于MAC地址信息。第二层交换技术在通信的过程中，通过检查数据帧，并根据数据帧中目标MAC地址来转发信息。二层交换设备将收到的以太网帧，通过分析收到的数据帧目标MAC地址，查询二层交换机中学习到MAC地址映射表，把信息转发到适当的接口。如果二层交换机不知道将帧发送到何处，它会将该帧广播转发到所有端口。二层交换机在工作过程中，通过建立和维护一个目标MAC地址映射表来实现数据通信工作。（2）第三层交换技术第三层交换技术在网络层进行。在第三层交换中，帧的交换基于网络层信息即

5、IP地址。三层交换技术通过检查网络层收到的数据包信息，并根据网络层目标IP地址转发数据包。与固定的第二层MAC物理寻址系统不同，第三层IP地址由网络管理员配置、管理。7.1.3三层交换技术原理三层交换机的工作原理是：假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。图7-4三层交换通信过程若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送

6、站A要向“默认网关”发出ARP（地址解析）封包，而“默认网关”的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。当发送站A对“默认网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。7.1.4三层交换机设备1）纯硬件的三层技术相对来说技术复杂，成本高，但是速度快，性能好，带负载能力强。其原理是，采用ASIC芯片，采用硬件的方式进行路由表的查找和刷新，如图7-5所示。2）基于软件的三层交换机技术较简单，但速度较慢，不适合作为主干

7、。其原理是，采用CPU以软件的方式查找路由表，如图7-7所示。7.2项目实施：构建三层交换网络项目1：组建三层交换网络任务1：三层交换机实现子网通信任务描述】某学校原先使用路由器设备实现不同网段子网络互连互通，但由于路由器设备使用协议工作，造成网络速度堵塞，决定使用三层交换设备，连接多个分散的子网络，通过在三层交换上使用直连路由技术，实现分散的不同子网间互联互通。【知识准备】三层交换机就是具有部分路由功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服

8、务的，能够做到一次路由，多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而像路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，则由软件实现。三层网络设备接口默认是交换口，但可以转换为路由口，转换为路由口后，具有和路由器一样的功能。所连接的子网的路由方式称为直连路由，直连路由是在配置完三层网络设备接口的IP地址后自动生成的。【网络拓扑】图7-9不同子网络的网络拓扑图学校希望通过三层交换机上开启的直连路由技术，实现分散的不同子网络系统互联互通，其网络拓扑如图7-9所示。【任务目