《网络互联技术》第章：三层交换机技术

主讲教师：赵怀明江西工业职业技术学院第十章三层交换机基础

（理论课时长：4节）【教学目的】：通过本章的学习，让学生知道三层交换机产生的根源、三层交换机的分类、为什么需要使用三层交换机替代路由器成为企业内部网管理的核心；让学生掌握三层交换机的工作原理、三层交换机与路由器功能的区别。让学生领会如何使用三层交换机组建企业内部网，如何使用三层交换机实现Vlan间数据通信。【重点难点】重点：三层交换机和路由器功能区别；使用三层交换机组建企业内部网。难点：三层交换机的工作原理第十章：三层交换机基础【教学内容】二层交换机工作原理三层交换机工作原理为什么需要三层交换机三层交换机分类三层交换机与路由器功能比较分析使用三层交换机实现企业内部组网使用三层交换机实现vlan间数据通信第十章：三层交换机基础【教学方法】教学方式：多媒体教学教学方法：案例分析+视频教学通过对比分析让学生掌握二层交换机、三层交换机、路由器的工作原理，并理解功能和应用场合的不同。利用视频教学资料，使学生在任何时间和地点能重温教学内容，尽一步掌握使用三层交换机组网的关键知识。通过上机实验让学生在boson模拟器的支持下完成三层交换机组网的实际配置和应用。第十章：三层交换机基础第一部分：三层交换机技术基础一、二层交换机的工作原理

二层交换机工作于OSI的第二层,属数据链路层设备，它可以识别数据包中的MAC地址信息，根据MAC地址进行数据包转发，并将数据包中的MAC地址与其对应的端口号记录在自己内部的一个MAC地址表中。（1）当交换机从某个端口收到一个数据包时，它先读取数据包头中的源MAC地址，这样它就知道源MAC地址的机器是连在哪个端口上。（2）交换机再去读取数据包头中的目的MAC地址，并在MAC地址表中查找相应的端口。（3）如MAC地址表中有与这目的MAC地址对应的端口，交换机把数据包直接复制到这端口上,完成数据的交换操作。（4）如果MAC地址表中不存在目的MAC地址对应的端口,交换机会将数据包复制到除源端口之外的所有接口(广播)。第一部分：三层交换机技术基础二、三层交换概念三层交换机工作在OSI的第三层--网络层，在第三层实现网络数据包的转发。它通过专用的芯片技术，使路由和交换功能同时在第三层实现。三层交换技术就是将路由技术与交换技术合二为一的技术。三层交换机在对第一个数据流进行路由后，将会产生一个MAC地址与IP地址的映射表，当同样的数据流再次通过时，将根据此映射表直接从二层进行交换而不是再次路由，提供线速性能，从而消除了路由器进行路由选择而造成网络的延迟，提高了数据包转发的效率。简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术＋三层转发技术。

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。第一部分：三层交换机技术基础三、三层交换技术的产生原因二层交换技术从网桥发展到VLAN（虚拟局域网），在局域网建设和改造中得到了广泛的应用。第二层交换技术是工作在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层。它按照所接收到数据包的目的MAC地址来进行转发，对于网络层或者高层协议来说是透明的。它不处理网络层的IP地址，不处理高层协议的诸如TCP、UDP的端口地址，它只需要数据包的物理地址即MAC地址，数据交换是靠硬件来实现的，其速度相当快，这是二层交换的一个显著的优点。但是，二层交换机不能处理不同IP子网之间的数据交换。传统的路由器可以处理大量的跨越IP子网的数据包，但是它的转发效率比二层低，因此要想利用二层转发效率高这一优点，又要处理三层IP数据包，三层交换技术就诞生了。第一部分：三层交换机技术基础四、路由器和三层交换机功能对比分析路由器一般通过微处理器执行数据包交换(软件实现路由)，而三层交换机通过硬件执行数据包交换。因此与三层交换机相比，路由器功能更为强大，像NAT、VPN等功能仍无法被完全替代。

处于同一个局域网中的各子网的互联，可以用三层交换机来代替路由器，但局域网必须与公网互联以实现跨地域的网络，这时路由器就不可缺少。三层交换机现在还不能提供完整的路由选择协议，而路由器则具备同时处理多个协议的能力。当连接不同协议的网络，像以太网和令牌环的组合网络，依靠三层交换机是不可能完成网间数据传输的。除此之外，路由器还具有第四层网络管理能力，这也是三层交换机所不具备的。

所以，三层交换机并不等于路由器，也不可能完全取代路由器。第一部分：三层交换机技术基础五、三层交换机的分类三层交换机可以根据其处理数据的不同而分为纯硬件和纯软件两大类。（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。其工作原理如下所述：当数据由端口接口芯片接收进来以后，首先在二层交换芯片中查找相应的目的MAC地址，如果查到，就进行二层转发，否则将数据送至三层引擎。在三层引擎中，ASIC芯片查找相应的路由表信息，与数据的目的IP地址相比对，然后发送ARP数据包到目的主机，得到该主机的MAC地址，将MAC地址发到二层芯片，由二层芯片转发该数据包。第一渣部分过：三彻层交馆换机巧技术润基础（2）基当于软林件的谎三层席交换槐机技月术较婆简单汁，但浊速度阀较慢婆，不故适合舟作为脑主干刚。其宴原理弱是，飞采用CP浓U用软堪件的昏方式劳查找碍路由慎表。当数宫据由凑端口档接口点芯片宗接收登进来现以后慢，首菜先在天二层阁交换亦芯片纠中查址找相仙应的风目的MA愿C地址搁，如术果查揪到，末就进外行二键层转厚发否财则将飞数据虫送至CP丹U。CP痛U查找摊相应梅的路宜由表输信息闹，与提数据允的目棵的IP地址挖相比过对，饱然后弃发送AR谱P数据益包到神目的曲主机钓得到侍该主劳机的MA皱C地址怪，将MA娘C地址静发到友二层河芯片粗，由板二层织芯片岗转发侵该数演据包垦。因候为低纸价CP纱U处理够速度侵较慢吧，因绪此这惜种三摧层交只换机塞处理邀速度伙较慢坡。第二拦部分稍：三破层交夜换机仁工作余原理一、馆理论筛讲解（1）发雀送站肆点A在开至始发断送时筒，已窑知目沾的站勺的IP地址严，但巡寿尚不丢知道柳在局祖域网决上发吓送所渐需要虹的MA伴C地址惩。要仍采用连地址盗解析(A棚RP哲)来确劝定目阔的站席的MA坟C地址犬。（2）发唯送站解把自狮己的IP地址醋与目剂的站坛的IP地址帽比较夕，采拢用其锈软件衡中配拌置的阴子网胀掩码穴提取扔出网妇络地寸址来按确定斤目的需站是瓣否与闹自己冤在同尤一子义网内腰。（3）若搬目的漫站B与发世送站A在同满一子断网内最，A广播院一个AR壤P请求白，B返回眨其MA并C地址杏，A得到童目的婚站点B的MA车C地址然后将递这一碰地址债缓存兔起来壮，并堤用此MA旋C地址惭封包晓转发稍数据画，第圆二层扬交换巴模块兵查找MA宫C地址驻表确饺定将荒数据首包发驻向目滑的端陕口。第二饶部分挂：三算层交充换机扶工作劳原理（4）若舟两个重站点唉不在熔同一们子网剑内，润如发抓送站A要与厅目的宝站C通信挣，发史送站A要向"缺省规网关"发出AR友P(地址愤解析)封包柱，而"缺省兰网关"的IP地址转已经只在系烛统软群件中患设置喂。这鲜个IP地址纺实际摘上对扛应第毙三层哗交换斑机的谋第三踢层交司换模暑块。樱所以具当发喝送站A对"缺省涌网关"的IP地址努广播恰出一屯个AR瓜P请求柄时，绕若第痕三层袖交换路模块妻在以赵往的幸通信篮过程肥中已悠得到效目的失站B的MA籍C地址等，则速向发达送站A回复B的MA告C地址说；否泽则第悠三层汪交换愧模块跳根据围路由匆信息娃向目惹的站爽广播稿一个AR神P请求拢，目胜的站C得到惭此AR努P请求机后向慨第三叶层交么换模逐块回姓复其MA含C地址傍，第容三层哭交换及模块貌保存恭此地堆址并驰回复杏给发塌送站A。（5）以册后，坦当再佩进行A与C之间既数据忍包转快发时格，将改用最丧终的朋目的咱站点蚊的MA酿C地址茎封包贤，数撕据转康发过傲程全型部交施给第组二层柴交换额处理桃，信茅息得塞以高街速交铺换。第二老部分剑：三连层交悦换机档工作发原理二、枪三层尚交换究机工慕作原贿理动顶画演坑示第三驻部分文：三钱层交打换机村操作一、撇使用瘦三层质交换剖机连祝接不牺同子冤网（1）网慎络拓雾朴结隆构第三复部分仗：三嗓层交邀换机浑操作（2）操蒜作步坚骤将三播层交鸦换机紫、二伞层交碌换机芝、主更机根旅据如夜上图孕示进级行连塌接设置槐主机樱的IP地址虫、子僵网掩状码和择默认寻网关配置渠三层域交换竞机的撑三层绸端口岔（需跌要使禽用nosw哀it摆ch输po罚rt禁用靠二层须端口腾）启动脖三层莲交换寇机的IP路由磁功能显示婶三层禁交换芹机路昨由表牺信息显示腔三层回交换贝机三破层端使口配尿置第三束部分东：三俊层交筑换机尝操作（3）操派作命啦令Sw物it作ch悬>接en置ab确leSw英it奏ch揪#搜co牵nf耽ig梁ur寻e重te震rm背in云alSw狱it午ch腔(c腐on摔fi定g)扰#交in阶te忧rf恳ac份e催fa陈st驼et怠he料rn灿et晚0吸/1Sw英it朗ch沈(c袄on根fi倍g-劲if栋)#哄n唱o省sw样it损ch坦po表rtSw需it前ch鸽(c直on鲜fi恒g-滴if斤)#日i扔pSw硬it外ch凑(c稀on序fi降g-熊if前)#隶n卡o望sh吴ut卸do胃wnSw脆it球ch祥(c榜on猫fi休g-株if删)#圾e捞xi席tSw杏it惠ch宽(c睛on她fi邮g)敏#贞in晴te默rf虎ac恳e差fa名st表et布he煮rn去et养0郊/2Sw扔it疏ch播(c尖on攀fi感g-脾if昆)#河n伴o唱sw导it辅ch既po何rtSw剩it莫ch根(c吹on廉fi只g-尼if内)#辞i棵pSw木it捕ch惑(c应on买fi贝g-安if厨)#众n偷o访sh民ut航do悬wnSw廊it麦ch棉(c峡on孤fi哗g-怨if骂)#稍e跃xi赶tSw谦it凯ch到(c婆on烦fi坟g)茫#ip歇r累ou崭ti穴ng第三建部分验：三修层交宴换机阶操作一、夸使用作三层街交换梁机实吴现vl境an间数精据通传信（1）实修验拓我朴结穷构第三衣部分药：三课层交万换机粉操作（2）实怜验操竭作步遮骤A、根砖据上极述图识示进溪行交岗换机舅与主敏机的糕连接B、设掉置主箭机的IP地址泪、子痛网掩嚷码和箩默认炕网关C、在竞二层引交换签机上软添加VL太AN，并妥按如堤上图愁示进记行端预口的谅划分修，同竭时设载置与蜘三层喷交换贸机相臣连的柳端口沙为tr睡un危k模式D、在豪三层仁交换泡机上辱添加Vl柄an，并画设置苗各Vl伙an的虚执拟三华层地先址，刻同时嫂设置边与二治层交安换机具相连取的端塑口为Tr免un战k模式E、启认动三霞层交耻换机县的IP路由殃转发辜功能惩（请碰在启稳动IP路由甚功能5分钟姨后再宋进行pi急ng连通彻测试飘）第三殿部分覆：三猫层交疼换机厘操作（3）三申层交物换机婚操作范命令Sw抱it苍ch卸>请en珍ab绩leSw赔it件ch宗#革vl桐an涉d膜at海ab伤as饶eSw钳it答ch举(v胁la霜n)疯#世vl平an攻1魂00Sw蚂it戏ch映(v罢la筛n)娃#桶vl桐an懂2畏00Sw送it据ch慨(v杀la版n)盗#涝ex浆itSw谊it捐ch钥#躁co穴nf役ig赤ur居e靠te垫rm逼in墓alSw竞it虚ch血(c向on病fi肃g)滑#昌ho续st此na递me油S尘wi退tc六hASw爹it璃ch北A(终co雄nf份ig加)#in孙te丝式rf扯ac列e演vl碌an肤1挠00Sw优it薯ch必A(坑co马nf葬ig主-i邻f)细#葵ipSw遗it或ch疑A(具co聪nf棒ig煎-i况f)坊#游ex袍itSw屯it接ch乱A(脏co拴nf庄ig劝)#in朵te偿rf铜ac且e是vl酷an旋2准00Sw怜it金ch闭A(右co盼nf畅ig奔-i更f)械#能ip第三氏部分友：三类层交互换机沿操作Sw熔it盛ch胆A(厨co禽nf信ig声-i搜f)我#坦ex罚itSw肝it另ch垃A(理co卧nf宫ig盯)#虚i浇nt