計費(fèi)功能

在高校校園網(wǎng)及有些地區(qū)的城域教育網(wǎng)中，很可能有計費(fèi)的需求，因為三層交換機(jī)可以識別數(shù)據(jù)包中的IP地址信息，因此可以統(tǒng)計網(wǎng)絡(luò)中計算機(jī)的數(shù)據(jù)流量，可以按流量計費(fèi)，也可以統(tǒng)計計算機(jī)連接在網(wǎng)絡(luò)上的時間，按時間進(jìn)行計費(fèi)。而普通的二層交換機(jī)就難以同時做到這兩點。

第三層交換機(jī)，是直接根據(jù)第三層網(wǎng)絡(luò)層IP地址來完成端到端的數(shù)據(jù)交換的。

工作原理

使用IP的設(shè)備A------------------------三層交換機(jī)------------------------使用IP的設(shè)備B

比如A要給B發(fā)送數(shù)據(jù)，已知目的IP，那么A就用子網(wǎng)掩碼取得網(wǎng)絡(luò)地址，判斷目的IP是否與自己在同一網(wǎng)段。

如果在同一網(wǎng)段，但不知道轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)所需的MAC地址，A就發(fā)送一個ARP請求，B返回其MAC地址，A用此MAC封裝數(shù)據(jù)包并發(fā)送給交換機(jī)，交換機(jī)起用二層交換模塊，查找MAC地址表，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的端口。

如果目的IP地址顯示不是同一網(wǎng)段的，那么A要實現(xiàn)和B的通訊，在流緩存條目中沒有對應(yīng)MAC地址條目，就將個正常數(shù)據(jù)包發(fā)送向一個缺省網(wǎng)關(guān)，這個缺省網(wǎng)關(guān)一般在操作系統(tǒng)中已經(jīng)設(shè)好，對應(yīng)第三層路由模塊，所以可見對于不是同一子網(wǎng)的數(shù)據(jù)，在MAC表中放的是缺省網(wǎng)關(guān)的MAC地址；然后就由三層模塊接收到此數(shù)據(jù)包，查詢路由表以確定到達(dá)B的路由，將構(gòu)造一個新的幀頭，其中以缺省網(wǎng)關(guān)的MAC地址為源MAC地址，以主機(jī)B的MAC地址為目的MAC地址。通過一定的識別觸發(fā)機(jī)制，確立主機(jī)A與B的MAC地址及轉(zhuǎn)發(fā)端口的對應(yīng)關(guān)系，并記錄進(jìn)流緩存條目表，以后的A到B的數(shù)據(jù)，就直接交由二層交換模塊完成。這就通常所說的一次路由多次轉(zhuǎn)發(fā)。

路由器VS三層交換機(jī)：如何選擇1

對于路由器來說：

雖說三層交換機(jī)有路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，但路由器的一些特殊功能是三層交換機(jī)無法取代，如防火墻功能等，因此當(dāng)出現(xiàn)以下情況選擇路由器更為合適。

①若想直連ISP（互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商）提供互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)；

②若想在辦公室之間建立鏈路，如在公共互聯(lián)網(wǎng)中更加安全的連接兩個辦公室；

③MPLS配置中的用戶網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備（CE）。

對于三層交換機(jī)來說：

由于三層交換機(jī)缺乏WAN能力，因此三層交換機(jī)適合用于具有大規(guī)模的設(shè)備子網(wǎng)和大流量的內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。如下情況：

①各部門需要依靠廣播域來提高網(wǎng)絡(luò)性能或安全性；

②需連接房間里的交換機(jī)，為服務(wù)器提供更多以太網(wǎng)接口，以便實現(xiàn)服務(wù)器直連；

③通過互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商（ISP）提供的2層網(wǎng)絡(luò)鏈路，建立辦公室間的連接后，可直接連接到3層交換機(jī)，同時配置路由路徑；

④需要更多吞吐量、直接訪問以及VLAN間的通信；

⑤當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模較大，廣播域大，需要更優(yōu)的VLAN能力。

交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀方式

（1） 存儲轉(zhuǎn)發(fā)（Store-and-Forward）

存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式是先存儲后轉(zhuǎn)發(fā)的方式。它把從端口輸入的數(shù)據(jù)幀先全部接收并存儲起來；然后進(jìn)行CRC（循環(huán)冗余碼校驗）檢查，把錯誤幀丟棄；后才取出數(shù)據(jù)幀目的地址，查找地址表后進(jìn)行過濾和轉(zhuǎn)發(fā)。存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式延遲大；但是它可以對進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)包進(jìn)行別的錯誤檢測。這種方式可以支持不同速度的端口間的轉(zhuǎn)發(fā)。

（2） 直接轉(zhuǎn)發(fā)（Cut-Through）

交換機(jī)在輸入端口檢測到一個數(shù)據(jù)幀時，檢查該幀的幀頭，只要獲取了幀的目的地址，就開始轉(zhuǎn)發(fā)幀。它的優(yōu)點是：開始轉(zhuǎn)發(fā)前不需要讀取整個完整的幀，延遲非常小。它的缺點是：不能提供錯誤檢測能力。

（3） 無碎片（Fragment-Free）

這是改進(jìn)后的直接轉(zhuǎn)發(fā)，是介于前兩者之間的一種解決方法。無碎片方法在讀取數(shù)據(jù)幀的長前64個字節(jié)后，就開始轉(zhuǎn)發(fā)該幀。這種方式雖然也不提供數(shù)據(jù)校驗，但是能夠避免大多數(shù)的錯誤。它的數(shù)據(jù)處理速度比直接轉(zhuǎn)發(fā)方式慢，但比存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式快許多。CISCO 交換機(jī)和路由器一樣，本質(zhì)上也是一臺特殊的計算機(jī)，也有 CPU、RAM 等部件。也采用 IOS，所以交換機(jī)的很多基本配置（例如密碼、主機(jī)名等）和路由器是類似的。

如何選擇核心交換機(jī)

在選擇核心交換機(jī)的端口類型、速率和數(shù)量時，應(yīng)參考匯聚層交換機(jī)的端口類型、速率和數(shù)量，選擇相應(yīng)的即可。當(dāng)然若是預(yù)算充足，可選擇端口類型豐富或者端口數(shù)量多的核心交換機(jī)，這樣未來即便是網(wǎng)絡(luò)需求增長也能滿足需求。

背板帶寬對于核心交換機(jī)來說，若想實現(xiàn)全雙工無阻塞，就必須滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（背板帶寬=端口數(shù)量*端口速率*2），背板帶寬越高，數(shù)據(jù)交換速度就越大，核心交換機(jī)的數(shù)據(jù)處理能力就越強(qiáng)。轉(zhuǎn)發(fā)速率由于核心交換機(jī)承載著龐大的網(wǎng)絡(luò)流量，因此通常情況下，核心交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)速率比接入/匯聚交換機(jī)都要高【例：轉(zhuǎn)發(fā)速率【吞吐量】(Mpps)=萬兆位端口數(shù)量×14.88?Mpps 千兆位端口數(shù)量×1.488?Mpps 百兆位端口數(shù)量×0.1488?Mpps ）】。事實上，核心交換機(jī)所需的轉(zhuǎn)發(fā)速率取決于網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的數(shù)量，可通過查詢各種流量報告和用戶群分析確定核心交換機(jī)所需的轉(zhuǎn)發(fā)速率，切勿盲目選擇，造成網(wǎng)絡(luò)瓶頸或資源浪費(fèi)。注：對于三層交換機(jī)而言，當(dāng)背板帶寬和轉(zhuǎn)發(fā)速率均達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求以上，該交換機(jī)才算合格。鏈路聚合鏈路聚合指將多個物理端口聚合在一起形成一個邏輯端口，可增加鏈路帶寬，且確保網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。因此選擇一款帶有鏈路聚合功能的核心交換機(jī)更好，這樣可為匯聚交換機(jī)發(fā)送到核心交換機(jī)的流量提供足夠的帶寬，且讓匯聚交換機(jī)盡可能的向核心交換機(jī)傳輸流量。VLAN & QoS

隨著全球數(shù)據(jù)流量的不斷攀升，網(wǎng)絡(luò)中的語音、視頻、數(shù)據(jù)等流量將會不斷增加，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流量較大時，交換機(jī)可能會出現(xiàn)無法合理控制、分源甚至出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)阻塞等問題，若這時只是一味地增加核心層帶寬并不是明智之舉。VLAN劃分主要是針對不同的應(yīng)用進(jìn)行區(qū)域劃分，可有效地對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制和管理。QoS可在現(xiàn)有的帶寬條件下對實時性強(qiáng)且重要的數(shù)據(jù)流量優(yōu)先處理，從而可有效解決網(wǎng)絡(luò)延遲、阻塞等問題。因此選擇一款支持VLAN劃分和QoS的核心交換機(jī)是一種經(jīng)濟(jì)且有效的方式。