二层交换机和三层交换机

       计算机网络中的交换机是用于在局域网（LAN）中转发数据包的重要设备。其中，二层交换机和三层交换机是两种常见的交换机类型。本文将详细介绍二层交换机和三层交换机的特点、工作原理、各自的优缺点以及在思科、华为、瞻博网络三家厂商如何从二层模式切换到三层模式。

       二层交换机，也被称为数据链路层交换机，是在数据链路层（第二层）进行数据交换的设备。它基于MAC（Media Access Control）地址来转发数据包，实现局域网内部的数据传输。

以下是二层交换机的特点和工作原理：

特点

透明性：二层交换机对上层协议是透明的，即它不关心数据包中的具体内容，只根据MAC地址进行转发。

广播域分割：二层交换机能够将局域网分割成多个广播域，从而减少广播数据包的传播范围。

无需配置：二层交换机通常无需复杂的配置，插入局域网即可开始工作。

快速转发：由于使用硬件交换方式，二层交换机的转发速度非常快。

工作原理

      当二层交换机接收到一个数据包时，它会查找数据包中的目标MAC地址。

      如果交换机的MAC地址表中已有目标MAC地址的条目，它会将数据包直接转发到相应的接口。

      如果交换机的MAC地址表中没有目标MAC地址的条目，它会通过广播的方式发送一个特殊的数据包，称为广播帧（broadcast frame）。

      当目标设备收到广播帧时，它会向交换机回复一个数据包，包含自己的MAC地址。

      交换机接收到回复后，将目标MAC地址与相应接口的信息存储在MAC地址表中，以便于以后的转发。

     二层交换机主要适用于小型局域网，具有快速转发速度和简单的操作特点。但是，它无法进行网络层（第三层）的路由功能，这在一些复杂网络环境中可能不足以满足需求。

三层交换机

     三层交换机结合了二层交换机和路由器的功能，能够在网络层（第三层交换机结合了二层交换机和路由器的功能，能够在网络层（第三层）进行数据包转发和路由选择。它不仅可以根据MAC地址进行转发，还可以根据IP地址进行路由选择。

     以下是三层交换机的特点和工作原理：

特点

多层转发：三层交换机不仅可以在数据链路层进行转发，还可以在网络层进行路由选择。它可以根据IP地址和子网掩码来确定数据包的下一跳路径。

广播域分割：与二层交换机类似，三层交换机也能够将局域网分割成多个广播域，减少广播数据包的传播范围。

支持多种协议：三层交换机可以支持多种网络层协议，如IP、IPX和AppleTalk等。

更灵活的配置：相比于二层交换机，三层交换机通常需要进行一些配置，例如设置IP地址、路由表等。

工作原理

     当三层交换机接收到一个数据包时，它首先会检查数据包的目标IP地址。

     交换机会查询自己的路由表，根据目标IP地址找到相应的下一跳路径。

     如果路由表中没有相应的条目，交换机会将数据包转发到默认网关。

     交换机将数据包转发到下一跳路径上的接口，并将目标MAC地址设置为下一跳的MAC地址。

     下一跳的交换机或路由器会根据目标MAC地址将数据包转发给下一个节点，直到达到目标设备。

      三层交换机的路由功能使其更适用于较大规模的网络环境。它能够实现更灵活的网络配置和管理，同时具备较高的转发速度和较低的延迟。然而，与二层交换机相比，三层交换机的价格通常更高，并且在配置和管理方面需要更多的专业知识。

二层交换机和三层交换机对比

特点对比

以下是二层交换机和三层交换机的特点对比：

 透明性：二层交换机和三层交换机都对上层协议是透明的，它们不关心数据包中的具体内容，只根据不同的依据进行转发。

广播域分割：二层交换机和三层交换机都能够将局域网分割成多个广播域，减少广播数据包的传播范围。

配置需求：二层交换机通常无需复杂的配置，插入局域网即可开始工作，而三层交换机通常需要进行一些配置，如设置IP地址、路由表等。

转发依据：二层交换机基于MAC地址进行转发，而三层交换机不仅基于MAC地址，还基于IP地址进行路由选择。

支持协议：二层交换机通常支持有限的网络层协议，如IPX和AppleTalk等，而三层交换机可以支持多种协议，如IP、IPX和AppleTalk等。

工作原理对比

以下是二层交换机和三层交换机的工作原理对比：

二层交换机工作原理

       接收数据包：二层交换机接收到一个数据包。

       查找目标MAC地址：交换机查找数据包中的目标MAC地址。

       转发数据包：如果交换机的MAC地址表中已有目标MAC地址的条目，它会将数据包直接转发到相应的接口。否则，交换机通过广播方式发送一个特殊的数据包，称为广播帧。

       学习MAC地址：当目标设备收到广播帧时，它会向交换机回复一个数据包，包含自己的MAC地址。交换机接收到回复后，将目标MAC地址与相应接口的信息存储在MAC地址表中，以便以后的转发。

三层交换机工作原理

       接收数据包：三层交换机接收到一个数据包。

       检查目标IP地址：交换机首先检查数据包的目标IP地址。

       路由选择：交换机查询自己的路由表，根据目标IP地址找到相应的下一跳路径。

       转发数据包：交换机将数据包转发到下一跳路径上的接口，并设置目标MAC地址为下一跳的MAC地址。

       继续转发：下一跳的交换机或路由器根据目标MAC地址将数据包转发给下一个节点，直到达到目标设备。

        三层交换机不仅在数据链路层进行转发，还可以在网络层进行路由选择。它通过检查目标IP地址和查询路由表来确定数据包的转发路径。

适用环境对比

以下是二层交换机和三层交换机适用环境的对比：