計算機網絡中的交換機是用于在局域網（LAN）中轉發數據包的重要設備。其中，二層交換機和三層交換機是兩種常見的交換機類型。本文將詳細介紹二層交換機和三層交換機的特點、工作原理、各自的優缺點以及在思科、華為、瞻博網絡三家廠商如何從二層模式切換到三層模式。

讓我們直接開始！

二層交換機

二層交換機，也被稱為數據鏈路層交換機，是在數據鏈路層（第二層）進行數據交換的設備。它基于MAC（Media Access Control）地址來轉發數據包，實現局域網內部的數據傳輸。

以下是二層交換機的特點和工作原理：

特點

透明性：二層交換機對上層協議是透明的，即它不關心數據包中的具體內容，只根據MAC地址進行轉發。

廣播域分割：二層交換機能夠將局域網分割成多個廣播域，從而減少廣播數據包的傳播范圍。

無需配置：二層交換機通常無需復雜的配置，插入局域網即可開始工作。

快速轉發：由于使用硬件交換方式，二層交換機的轉發速度非常快。

工作原理

當二層交換機接收到一個數據包時，它會查找數據包中的目標MAC地址。

如果交換機的MAC地址表中已有目標MAC地址的條目，它會將數據包直接轉發到相應的接口。

如果交換機的MAC地址表中沒有目標MAC地址的條目，它會通過廣播的方式發送一個特殊的數據包，稱為廣播幀（broadcast frame）。

當目標設備收到廣播幀時，它會向交換機回復一個數據包，包含自己的MAC地址。

交換機接收到回復后，將目標MAC地址與相應接口的信息存儲在MAC地址表中，以便于以后的轉發。

二層交換機主要適用于小型局域網，具有快速轉發速度和簡單的操作特點。但是，它無法進行網絡層（第三層）的路由功能，這在一些復雜網絡環境中可能不足以滿足需求。

三層交換機

三層交換機結合了二層交換機和路由器的功能，能夠在網絡層（第三層交換機結合了二層交換機和路由器的功能，能夠在網絡層（第三層）進行數據包轉發和路由選擇。它不僅可以根據MAC地址進行轉發，還可以根據IP地址進行路由選擇。

以下是三層交換機的特點和工作原理：

特點

多層轉發：三層交換機不僅可以在數據鏈路層進行轉發，還可以在網絡層進行路由選擇。它可以根據IP地址和子網掩碼來確定數據包的下一跳路徑。

廣播域分割：與二層交換機類似，三層交換機也能夠將局域網分割成多個廣播域，減少廣播數據包的傳播范圍。

支持多種協議：三層交換機可以支持多種網絡層協議，如IP、IPX和AppleTalk等。

更靈活的配置：相比于二層交換機，三層交換機通常需要進行一些配置，例如設置IP地址、路由表等。

工作原理

當三層交換機接收到一個數據包時，它首先會檢查數據包的目標IP地址。

交換機會查詢自己的路由表，根據目標IP地址找到相應的下一跳路徑。

如果路由表中沒有相應的條目，交換機會將數據包轉發到默認網關。

交換機將數據包轉發到下一跳路徑上的接口，并將目標MAC地址設置為下一跳的MAC地址。

下一跳的交換機或路由器會根據目標MAC地址將數據包轉發給下一個節點，直到達到目標設備。

三層交換機的路由功能使其更適用于較大規模的網絡環境。它能夠實現更靈活的網絡配置和管理，同時具備較高的轉發速度和較低的延遲。然而，與二層交換機相比，三層交換機的價格通常更高，并且在配置和管理方面需要更多的專業知識。

二層交換機和三層交換機對比

特點對比

以下是二層交換機和三層交換機的特點對比：

特點	二層交換機	三層交換機
透明性	√	√
廣播域分割	√	√
配置需求	簡單	較復雜
轉發依據	MAC地址	IP地址
支持協議	有限	多種

透明性：二層交換機和三層交換機都對上層協議是透明的，它們不關心數據包中的具體內容，只根據不同的依據進行轉發。

廣播域分割：二層交換機和三層交換機都能夠將局域網分割成多個廣播域，減少廣播數據包的傳播范圍。

配置需求：二層交換機通常無需復雜的配置，插入局域網即可開始工作，而三層交換機通常需要進行一些配置，如設置IP地址、路由表等。

轉發依據：二層交換機基于MAC地址進行轉發，而三層交換機不僅基于MAC地址，還基于IP地址進行路由選擇。

支持協議：二層交換機通常支持有限的網絡層協議，如IPX和AppleTalk等，而三層交換機可以支持多種協議，如IP、IPX和AppleTalk等。

工作原理對比

以下是二層交換機和三層交換機的工作原理對比：

二層交換機工作原理

接收數據包：二層交換機接收到一個數據包。

查找目標MAC地址：交換機查找數據包中的目標MAC地址。

轉發數據包：如果交換機的MAC地址表中已有目標MAC地址的條目，它會將數據包直接轉發到相應的接口。否則，交換機通過廣播方式發送一個特殊的數據包，稱為廣播幀。

學習MAC地址：當目標設備收到廣播幀時，它會向交換機回復一個數據包，包含自己的MAC地址。交換機接收到回復后，將目標MAC地址與相應接口的信息存儲在MAC地址表中，以便以后的轉發。

三層交換機工作原理

接收數據包：三層交換機接收到一個數據包。

檢查目標IP地址：交換機首先檢查數據包的目標IP地址。

路由選擇：交換機查詢自己的路由表，根據目標IP地址找到相應的下一跳路徑。

轉發數據包：交換機將數據包轉發到下一跳路徑上的接口，并設置目標MAC地址為下一跳的MAC地址。

繼續轉發：下一跳的交換機或路由器根據目標MAC地址將數據包轉發給下一個節點，直到達到目標設備。

三層交換機不僅在數據鏈路層進行轉發，還可以在網絡層進行路由選擇。它通過檢查目標IP地址和查詢路由表來確定數據包的轉發路徑。

適用環境對比

以下是二層交換機和三層交換機適用環境的對比：

適用環境	二層交換機	三層交換機
網絡規模	小型	中大型
功能需求	簡單轉發	路由功能
性能需求	快速轉發	高性能
管理復雜性	低	較高
價格	相對較低	相對較高

網絡規模：二層交換機適用于小型局域網，而三層交換機更適用于中大型網絡環境。

功能需求：二層交換機主要用于局域網內部的簡單數據轉發，而三層交換機不僅可以進行數據轉發，還具備路由功能。

性能需求：二層交換機能夠提供快速的數據轉發速度，而三層交換機通常具備更高的性能和較低的延遲。

管理復雜性：二層交換機通常無需復雜的配置，而三層交換機在配置和管理方面需要更多的專業知識和資源。

價格：一般而言，三層交換機的價格相對于二層交換機來說較高，因為它具備更多的功能和性能。

二層模式切換到三層模式

1. 思科設備

以下是在思科設備上配置以太網接口切換到三層模式的步驟：

步驟一：進入接口配置模式

首先，通過命令行或者遠程管理工具登錄到思科設備，并進入全局配置模式。

enable
configureterminal

接下來，選擇要配置的以太網接口，并進入該接口的配置模式。

interface

步驟二：切換到三層模式

在接口配置模式下，使用以下命令將接口切換到三層模式：

noswitchport

步驟三：配置IP地址

在接口配置模式下，配置接口的IP地址和子網掩碼。

ipaddress

步驟四：啟動接口

啟動配置的接口。

noshutdown

步驟五：配置路由

如果需要在思科設備上進行路由功能，還需要進行相應的路由配置。以下是一個簡單的靜態路由配置示例：

iproute

步驟六：保存配置

最后，保存配置并退出配置模式。

end
copyrunning-configstartup-config

2. 華為設備

以下是在華為設備上配置以太網接口切換到三層模式的步驟：

步驟一：進入接口配置模式

通過命令行或者遠程管理工具登錄到華為設備，并進入用戶視圖。

system-view

接下來，選擇要配置的以太網接口，并進入該接口的接口視圖。

interface

步驟二：切換到三層模式

在接口視圖下，使用以下命令將接口切換到三層模式：

undoportswitch

步驟三：配置IP地址

在接口視圖下，配置接口的IP地址和子網掩碼。

ipaddress

步驟四：啟動接口

啟動配置的接口。

undoshutdown

步驟五：配置路由

如果需要在華為設備上進行路由功能，還需要進行相應的路由配置。以下是一個簡單的靜態路由配置示例：

iproute-static

步驟六：保存配置

最后，保存配置并退出配置模式。

save
quit

3. 瞻博網絡設備

以下是在瞻博網絡設備上配置以太網接口切換到三層模式的步驟：

步驟一：進入接口配置模式

通過命令行或者遠程管理工具登錄到瞻博設備，并進入系統視圖。

enable
config

接下來，選擇要配置的以太網接口，并進入該接口的接口視圖。

interface

步驟二：切換到三層模式

在接口視圖下，使用以下命令將接口切換到三層模式：

layer3

步驟三：配置IP地址

在接口視圖下，配置接口的IP地址和子網掩碼。

ipaddress

步驟四：啟動接口

啟動配置的接口。

undoshutdown

步驟五：配置路由

如果需要在瞻博設備上進行路由功能，同樣需要進行相應的路由配置。以下是一個簡單的靜態路由配置示例：

iproute-static

步驟六：保存配置

最后，保存配置并退出配置模式。

save
quit

總結

二層交換機和三層交換機在功能和適用范圍上有所差異。選擇合適的交換機類型取決于網絡規模、性能需求、安全要求以及預算限制等因素。對于小型局域網，二層交換機的簡單操作和快速轉發特性可能是更合適的選擇；而在較大規模的網絡環境中，三層交換機的路由功能和更靈活的配置能力則更具優勢。
責任編輯：彭菁