网络架构规划与设备部署—L3层交换技术

L3层交换技术需求

在当今的超级连接环境中，复杂的企业网络由许多子网和虚拟局域网（VLAN）组成，有时需要L3层交换机。但L3层交换技术会提升您的网络吗？继续阅读本文，找出您的答案！

OSI模型概念

开放系统互连模型是一个标准参考模型，描述了应用程序如何在网络上通信。OSI模型为我们提供了七个通信层中的每个层如何在另一层之上构建的可视化设计。它从物理布线开始，一直到尝试与网络上的其他设备通信的应用程序。

OSI模型中有七个层：

L1层（物理）

L2层（数据链路）

L3层（网络）

L4层（运输）

L5层（会话）

L6层（演示文稿）

L7层（应用程序）

传统交换机在OSI模型的第2层（数据链路层）上运行。数据包根据其目标媒体访问控制（MAC）地址发送到指定的交换机端口。相反，路由器在L3层（网络层）运行。数据包基于接收方的互联网协议（IP）地址发送到下一跳和目标主机。

什么是L3层交换机？

也称为多层交换机，它是一种专用硬件设备，在物理外观和功能上与传统路由器有许多共同之处。L3层交换机支持与路由器相同的路由协议，并检查传入的数据包，以及以路由器的方式做出重要的路由决策。除了执行交换职责外，它们还执行这些路由任务。与路由器一样，L3层交换机可以配置为支持以下路由协议：

路由信息协议（RIP）

开放最短路径优先（OSPF）

增强内部网关路由协议（EIGRP）

L3层交换机的用途

这些交换机旨在提高大型局域网（LAN）（如公司内部网）上的网络路由性能。

虽然L2层交换机可以在存在低到中等流量时动态路由数据流量，但当流量增加到高级别时，它们的性能会受到影响。

路由器和L3层交换机之间的主要区别在于硬件本身。L3层交换机硬件结合了传统交换机和路由器的硬件，将一些典型的路由器软件替换为提供更好LAN性能的集成电路硬件。此外，L3层交换机通常不会具有路由器中的标准广域网（WAN）端口。

L3层交换机如何工作？

它将采用两种形式之一：

直通交换机：这种类型的L3层交换机仅查看一系列分组中的第一个分组，以确定其目标IP地址，然后使用其MAC地址移动其余分组，从而提高数据吞吐量。

逐包L3层（PPL3）交换机：PPL3交换机查看每个数据包以确定其IP地址，并作为高速路由器工作，其路由功能内置于硬件而不是软件中。根据网络百科全书：“与路由器一样，除了将分组转发到其目的地之外，这些交换机还执行标准路由器执行的其他功能，例如使用分组的校验和来验证其完整性，在每个跳后更新分组的生存时间（TTL）信息，以及处理分组报头中的任何选项信息。PPL3交换机通常使用路由协议（如路由信息协议（RiP）或开放最短路径优先（OSPF）协议）彼此通信，以便它们了解网络的整体拓扑。”

L3层交换技术主要功能

这些交换机具有以下功能：

两个OSI层上的性能:L2层和L3层

然而，通常有24或48个以太网端口型号，没有WAN接口

连接同一子网中的设备

使用简单的切换算法

路由协议很简单

L3层交换技术的好处这些交换机在广泛、繁忙的网络中有许多用途：

支持VLAN之间的路由

增强故障隔离

简化安全管理

减少广播流量

简化VLAN的配置过程（注意：每个VLAN之间不需要单独的路由器。）

单独的路由表，从而更好地分离流量

支持流量计算和高速可扩展性

更低的网络延迟，因为数据包不必进行额外的跳跃来通过路由器

L3层交换技术的局限：

成本：L3层交换机的成本显著高于传统的L2层交换机。此外，配置和管理L3层交换机更复杂，因此应该指定资金和额外资源来设置这些交换机。

有限的应用：L3层交换机仅为具有众多设备子网和大量流量的大型企业网络设计。中小型组织不需要L3层交换机。

无WAN功能：L3层交换机缺乏WAN功能意味着无法从网络中消除路由器。需要L3层交换器和传统路由器来路由组织内外的流量。

L3层交换机速度较慢：L3层交换比L2层交换慢，在多个交换机上跨越VLAN以支持不同的租户和可视化时，这可能是一个问题。

缺乏灵活性：由于L3层交换机在接入层路由，每个VLAN将绑定到一个交换机。此限制需要仔细规划，以防止一个VLAN使用多个交换机。

总结

L3层交换机兼具交换机和路由器的功能。这些设备是VLAN的完美解决方案，因为它们没有WAN接口。此外，L3层交换机是一种健壮和可扩展的技术，为有效管理带宽提供了多种选项。

L3层交换技术是网络技术人员在设计和部署企业网络中必备的核心技术之一。它涉及到网络架构规划和设备部署等方面，对于构建高性能、可靠和安全的企业网络至关重要。

L3层交换技术主要解决了L2层交换所面临的广播风暴和网络分割等问题，通过网络层的路由选择和转发机制，实现了更灵活和高效的数据转发。相比L2层交换，L3层交换具有更好的扩展性、容错性和带宽利用率。

参加网络架构规划与设备部署实战课程可以帮助学习者深入了解L3层交换技术的原理、工作方式和应用场景。这样的课程通常会包含理论知识讲解、实际案例分析和实操演练等内容，能够帮助学习者掌握从规划网络拓扑到配置和管理设备的全过程。

通过学习相关技术，网络技术人员可以更好地理解和应用L3层交换技术，提高网络的可用性和性能，同时也能够更好地解决网络故障和安全问题。