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超詳解析OSI模型知識(shí)點(diǎn) 一二三層交換機(jī)的區(qū)別

文章插圖
二層交換機(jī)通常用于連接以太網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和客戶端設(shè)備，以識(shí)別與轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包中的MAC地址。但隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序多樣性的增加以及融合網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展，三層交換機(jī)的應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心，復(fù)雜的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)，商業(yè)應(yīng)用乃至高級(jí)客戶項(xiàng)目中蓬勃發(fā)展。那么，二層與三層交換機(jī)之間有什么區(qū)別呢？飛速(FS)本文將為您詳述。
什么是二層與三層交換機(jī)？通常情況下，OSI模型分為七層：應(yīng)用層，表示層，會(huì)話層，傳輸層，網(wǎng)絡(luò)層，數(shù)據(jù)鏈路層和物理層。二層交換機(jī)工作于OSI模型的二層(數(shù)據(jù)鏈路層)，故而稱為二層交換機(jī)，主要功能包括物理編址、錯(cuò)誤校驗(yàn)、幀序列以及流控。而三層交換機(jī)位于三層（網(wǎng)絡(luò)層），是一個(gè)具有三層交換功能的設(shè)備，即帶有三層路由功能的二層交換機(jī)，但它是二者的有機(jī)結(jié)合，并不是簡(jiǎn)單地把路由器設(shè)備的硬件及軟件疊加在局域網(wǎng)交換機(jī)上。
圖1：OSI模型中的二層和三層
二層和三層交換機(jī)之間的區(qū)別二層和三層交換機(jī)之間的主要區(qū)別在于是否擁有路由功能。二層交換機(jī)屬數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備，可以識(shí)別數(shù)據(jù)包中的MAC地址信息，根據(jù)MAC地址進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，并將這些MAC地址與對(duì)應(yīng)的端口記錄在自己內(nèi)部的一個(gè)地址表中。而三層交換機(jī)就是具有部分路由器功能的交換機(jī)，工作在OSI網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型的三層：網(wǎng)絡(luò)層，目的是加快大型局域網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換，所具有的路由功能也是為這目的服務(wù)的，能夠做到一次路由，多次轉(zhuǎn)發(fā) 。此外，三層交換機(jī)可以執(zhí)行靜態(tài)路由和動(dòng)態(tài)路由。這意味著三層交換機(jī)同時(shí)具有MAC地址表和IP路由表，并且還處理VLAN內(nèi)通信以及不同VLAN之間的數(shù)據(jù)包路由。僅添加靜態(tài)路由的交換機(jī)稱為弱三層交換機(jī) 。除路由數(shù)據(jù)包外，三層交換機(jī)還包括一些功能，這些功能需要能夠理解進(jìn)入交換機(jī)的數(shù)據(jù)的IP地址信息，例如基于IP地址標(biāo)記VLAN流量，而不是手動(dòng)配置端口。三層交換機(jī)的功率和安全性得到了提高。
當(dāng)您在糾結(jié)是選擇二層或者三層交換機(jī)時(shí)，需要考慮的是您的網(wǎng)絡(luò)需求。如果您的網(wǎng)絡(luò)是純二層網(wǎng)絡(luò)，則二層交換機(jī)即可滿足您的需求。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，這通常稱為訪問層。如果您需要交換機(jī)聚合來訪問多個(gè)交換機(jī)并進(jìn)行VLAN間路由，則需要三層交換機(jī) 。這在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲蟹Q為分布層。
圖2：什么時(shí)候使用二層，三層交換機(jī)和路由器？
購買二層與三層交換機(jī)需考慮的因素如果要購買二層或三層交換機(jī)，則需要考慮交換機(jī)的一些關(guān)鍵參數(shù)，包括包轉(zhuǎn)發(fā)率，背板帶寬，可以配置的VLAN數(shù)量，MAC地址的內(nèi)存，交換機(jī)延遲等。下文將為您詳述。
包轉(zhuǎn)發(fā)速率（或吞吐速率）是指的是交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)能力。當(dāng)交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)能力大于所有端口的速度總和時(shí)，我們稱為交換機(jī)背板阻塞。包轉(zhuǎn)發(fā)速率以每秒的數(shù)據(jù)包（pps）表示。以下公式給出了如何計(jì)算交換機(jī)的包轉(zhuǎn)發(fā)速率：
轉(zhuǎn)發(fā)速率（pps）= 10Gbit/s端口數(shù)* 14,880,950 pps + 1 Gbit/s端口數(shù)* 1,488,095 pps + 100Mbit/s端口數(shù)* 148,809 pps
例如，飛速(FS) S5850-32S2Q交換機(jī)具有32個(gè)10 Gbit/s端口和2個(gè)40 Gbit/s端口，因此其包轉(zhuǎn)發(fā)速率為：
32 * 14,880,950 pps + 2 * 4 * 14,880,950 pps = 595,238,000 pps≈596 Mpps
交換機(jī)背板帶寬或交換容量也是需要考慮的參數(shù)，它指的是所有端口的速度之和。所有端口的傳輸速率總和需要計(jì)數(shù)兩次，其中一個(gè)用于Tx方向，一個(gè)用于Rx方向。交換機(jī)的背板帶寬以每秒位數(shù)（bps或bit / s）表示。
交換機(jī)背板帶寬（bps）=端口號(hào)*端口數(shù)據(jù)速率* 2 因此，S5850-32S2Q的背板帶寬為：（32 * 10 Gbps + 2 * 40 Gbps）* 2 = 800 Gbps

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