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二层与三层交换机之间有什么区别?

2020年04月26日 12020

二层交换机通常用于连接以太网中的网络设备和客户端设备,以识别与转发数据包中的MAC地址。但随着网络应用程序多样性的增加以及融合网络应用的发展,三层交换机的应用在数据中心,复杂的企业网络,商业应用乃至高级客户项目中蓬勃发展。那么,二层与三层交换机之间有什么区别呢?本文将为您详述。

什么是二层与三层交换机?

一般情况下,OSI模型分为七层:应用层,表示层,会话层,传输层,网络层,数据链路层和物理层。二层交换机工作于OSI模型的二层(数据链路层),故而称为二层交换机,主要功能包括物理编址、错误校验、帧序列以及流控。而三层交换机位于三层(网络层),是一个具有三层交换功能的设备,即带有三层路由功能的二层交换机,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叠加在局域网交换机上。

Layer-2-Layer-3-in-OSI-model.jpg

图1:OSI模型中的二层和三层

二层和三层交换机之间的区别

二层和三层交换机之间的主要区别在于是否拥有路由功能。二层交换机属数据链路层设备,可以识别数据包中的MAC地址信息,根据MAC地址进行转发,并将这些MAC地址与对应的端口记录在自己内部的一个地址表中。而三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机,工作在OSI网络标准模型的三层:网络层,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务的,能够做到一次路由,多次转发。此外,三层交换机可以执行静态路由和动态路由。这意味着三层交换机同时具有MAC地址表和IP路由表,并且还处理VLAN内通信以及不同VLAN之间的数据包路由。仅添加静态路由的交换机称为弱三层交换机。除路由数据包外,三层交换机还包括一些功能,这些功能需要能够理解进入交换机的数据的IP地址信息,例如基于IP地址标记VLAN流量,而不是手动配置端口。三层交换机的功率和安全性得到了提高。

当您在纠结是选择二层或者三层交换机时,需要考虑的是您的网络需求。如果您的网络是纯二层网络,则二层交换机即可满足您的需求。在网络结构中,这通常称为访问层。如果您需要交换机聚合来访问多个交换机并进行VLAN间路由,则需要三层交换机。这在网络拓扑中称为分布层。

when-to-use-Layer-2-switch-Layer-3-switch-and-router.jpg

图2:什么时候使用二层,三层交换机和路由器?

功能与应用 二层交换机 三层交换机
路由功能 仅MAC地址支持 支持更高级的路由功能,例如静态或动态路由
是否支持基于IP地址的带帧的VLAN 不支持 支持
内部VLAN 不支持 支持
应用环境 纯二层领域 聚合多个接入层交换机

购买二层与三层交换机需考虑的因素

如果要购买二层或三层交换机,则需要考虑交换机的一些关键参数,包括包转发率,背板带宽,可以配置的VLAN数量,MAC地址的内存,交换机延迟等。下文将为您详述。

包转发速率(或吞吐速率)是指的是交换机的转发能力。当交换机的转发能力大于所有端口的速度总和时,我们称为交换机背板阻塞。包转发速率以每秒的数据包(pps)表示。以下公式给出了如何计算交换机的包转发速率:

转发速率(pps)= 10Gbit/s端口数* 14,880,950 pps + 1 Gbit/s端口数* 1,488,095 pps + 100Mbit/s端口数* 148,809 pps

例如,飞速(FS) S5850-32S2Q交换机具有32个10 Gbit/s端口和2个40 Gbit/s端口,因此其包转发速率为:

32 * 14,880,950 pps + 2 * 4 * 14,880,950 pps = 595,238,000 pps≈596 Mpps

交换机背板带宽或交换容量也是需要考虑的参数,它指的是所有端口的速度之和。所有端口的传输速率总和需要计数两次,其中一个用于Tx方向,一个用于Rx方向。交换机的背板带宽以每秒位数(bps或bit / s)表示。

交换机背板带宽(bps)=端口号*端口数据速率* 2 因此,S5850-32S2Q的背板带宽为:(32 * 10 Gbps + 2 * 40 Gbps)* 2 = 800 Gbps

可以配置的VLAN数量也是购买二层和三层交换机需要考虑的另一个重要参数。通常,二层交换机可以配置的VLAN数量是1K(1024个),三层交换机的典型VLAN数是4k(4096个)。MAC地址的内存是交换机可以保留的MAC地址的数量,通常表示为8k或128k。交换机延迟是指数据传输的延迟时间。延迟越短,网络的传输速度越快(单位通常为纳秒)。

总结

总之,二层交换机用于小型的局域网络,它的快速交换功能、多个接入端口和相对便宜的价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。而三层交换机的最重要的功能是加快大型局域网络内部的数据的快速转发,加入路由功能也是为这个目的服务的。您可以根据自己的需求来为您的网络选择合适的二层或三层交换机。

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