三層交換機在校園網(wǎng)和城域教育網(wǎng)中的應用和意義

　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展，“第三層交換機”這個(gè)詞匯在業(yè)界已經(jīng)比較流行了，在大中型網(wǎng)絡(luò )中，已經(jīng)有了很多千兆第三層交換機、甚至是萬(wàn)兆第三層交換機的核心網(wǎng)絡(luò )。那么，對于三層交換機你又了解多少呢?

　　簡(jiǎn)而言之，三層交換就是使用三層交換技術(shù)實(shí)現VLAN間的通信，即：三層交換=二層交換+三層轉發(fā)。

　　三層交換工作原理

　　1、當三層設備接收到一個(gè)數據幀，會(huì )拆除原數據幀，重新封裝新的源MAC地址和目標MAC地址，并且因為幀頭部的信息發(fā)生變化，最后的幀校驗CRC也應當隨之改變。

　　2、在這個(gè)流中的多個(gè)數據包，其中只有第一個(gè)數據包是由三層交換機的三層引擎來(lái)處理的，處理的方式是軟件方式，與路由器相同，三層引擎獲取了新的2層封裝信息后路由這個(gè)數據包。

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　　3、在第一個(gè)數據包轉發(fā)完成后，在硬件中創(chuàng )建一個(gè)MLS條目，用于后續的數據包由硬件執行的重新封裝和快速轉發(fā)。2層數據幀會(huì )被重新封裝為需要轉發(fā)的下一個(gè)網(wǎng)段的幀格式。這就是MLS“一次路由，多次交換"的原理。

　　4、基于CEF (一種基于拓撲轉發(fā)的模型)的MLS， 其關(guān)鍵是兩張轉發(fā)信息表，轉發(fā)信息庫(FIB) 與路由表一一對應，是路由表的一個(gè)鏡像。路由表更新時(shí)，FIB隨之變化，其中FIB包含鄰接主機的IP地址與VLANID的對應關(guān)系。而鄰接關(guān)系表包含鄰接主機和交換機MAC地址的對應關(guān)系用來(lái)提供二層重寫(xiě)信息。

　　5、基于CEF的MLS轉發(fā)過(guò)程，即發(fā)送單播數據包，通過(guò)查找FIB和鄰接關(guān)系表，重新封裝數據幀，從相應端口進(jìn)行轉發(fā)。

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　　使用三層交換機優(yōu)勢

　　除了優(yōu)秀的性能之外，三層交換機還具有一些傳統的二層交換機沒(méi)有的特性，這些特性可以給校園網(wǎng)和城域教育網(wǎng)的建設帶來(lái)許多好處。

　　1、高可擴充性

　　三層交換機在連接多個(gè)子網(wǎng)時(shí)，子網(wǎng)只是與第三層交換模塊建立邏輯連接，不像傳統外接路由器那樣需要增加端口，從而保護了用戶(hù)對校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)的投資。并滿(mǎn)足學(xué)校3-5年網(wǎng)絡(luò )應用快速增長(cháng)的需要。

　　2、高性?xún)r(jià)比

　　三層交換機具有連接大型網(wǎng)絡(luò )的能力，功能基本上可以取代某些傳統路由器，但是價(jià)格卻接近二層交換機?，F在一臺千兆三層交換機的價(jià)格只有幾千元，與高端的二層交換機的價(jià)格差不多。

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　　3、內置安全機制

　　三層交換機可以與普通路由器一樣，具有訪(fǎng)問(wèn)列表的功能，可以實(shí)現不同VLAN間的單向或雙向通訊。如果在訪(fǎng)問(wèn)列表中進(jìn)行設置，可以限制用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)特定的IP地址，這樣學(xué)校就可以禁止學(xué)生訪(fǎng)問(wèn)不健康的站點(diǎn)。

　　訪(fǎng)問(wèn)列表不僅可以用于禁止內部用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)某些站點(diǎn)，也可以用于防止校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)外部的非法用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)內部的網(wǎng)絡(luò )資源，從而提高網(wǎng)絡(luò )的安全。

　　4、適合多媒體傳輸

　　教育網(wǎng)經(jīng)常需要傳輸多媒體信息，這是教育網(wǎng)的一個(gè)特色。三層交換機具有QoS(服務(wù)質(zhì)量)的控制功能，可以給不同的應用程序分配不同的帶寬。

　　例如，在校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)中傳輸視頻流時(shí)，就可以專(zhuān)門(mén)為視頻傳輸預留一定量的專(zhuān)用帶寬，相當于在網(wǎng)絡(luò )中開(kāi)辟了專(zhuān)用通道，其他的應用程序不能占用這些預留的帶寬，因此能夠保證視頻流傳輸的穩定性。而普通的二層交換機就沒(méi)有這種特性，因此在傳輸視頻數據時(shí)，就會(huì )出現視頻忽快忽慢的抖動(dòng)現象。

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　　另外，視頻點(diǎn)播(VOD)也是教育網(wǎng)中經(jīng)常使用的業(yè)務(wù)。但是由于有些視頻點(diǎn)播系統使用廣播來(lái)傳輸，而廣播包是不能實(shí)現跨網(wǎng)段的，這樣VOD就不能實(shí)現跨網(wǎng)段進(jìn)行;如果采用單播形式實(shí)現VOD，雖然可以實(shí)現跨網(wǎng)段，但是支持的同時(shí)連接數就非常少，一般幾十個(gè)連接就占用了全部帶寬。而三層交換機具有組播功能，VOD的數據包以組播的形式發(fā)向各個(gè)子網(wǎng)，既實(shí)現了跨網(wǎng)段傳輸，又保證了VOD的性能。

　　5、計費功能

　　在高校校園網(wǎng)及有些地區的城域教育網(wǎng)中，很可能有計費的需求，因為三層交換機可以識別數據包中的IP地址信息，因此可以統計網(wǎng)絡(luò )中計算機的數據流量，可以按流量計費，也可以統計計算機連接在網(wǎng)絡(luò )上的時(shí)間，按時(shí)間進(jìn)行計費。而普通的二層交換機就難以同時(shí)做到這兩點(diǎn)。