二层交换机和三层交换机在功能和适用范围的差异

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。

让我们直接开始！

二层交换机

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：

特点	二层交换机	三层交换机
透明性	√	√
广播域分割	√	√
配置需求	简单	较复杂
转发依据	MAC地址	IP地址
支持协议	有限	多种

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：

适用环境	二层交换机	三层交换机
网络规模	小型	中大型
功能需求	简单转发	路由功能
性能需求	快速转发	高性能
管理复杂性	低	较高
价格	相对较低	相对较高

网络规模：二层交换机适用于小型局域网，而三层交换机更适用于中大型网络环境。

功能需求：二层交换机主要用于局域网内部的简单数据转发，而三层交换机不仅可以进行数据转发，还具备路由功能。

性能需求：二层交换机能够提供快速的数据转发速度，而三层交换机通常具备更高的性能和较低的延迟。

管理复杂性：二层交换机通常无需复杂的配置，而三层交换机在配置和管理方面需要更多的专业知识和资源。

价格：一般而言，三层交换机的价格相对于二层交换机来说较高，因为它具备更多的功能和性能。

二层模式切换到三层模式

1. 思科设备

以下是在思科设备上配置以太网接口切换到三层模式的步骤：

步骤一：进入接口配置模式

首先，通过命令行或者远程管理工具登录到思科设备，并进入全局配置模式。

enable
configureterminal

接下来，选择要配置的以太网接口，并进入该接口的配置模式。

interface

步骤二：切换到三层模式

在接口配置模式下，使用以下命令将接口切换到三层模式：

noswitchport

步骤三：配置IP地址

在接口配置模式下，配置接口的IP地址和子网掩码。

ipaddress

步骤四：启动接口

启动配置的接口。

noshutdown

步骤五：配置路由

如果需要在思科设备上进行路由功能，还需要进行相应的路由配置。以下是一个简单的静态路由配置示例：

iproute

步骤六：保存配置

最后，保存配置并退出配置模式。

end
copyrunning-configstartup-config

2. 华为设备

以下是在华为设备上配置以太网接口切换到三层模式的步骤：

步骤一：进入接口配置模式

通过命令行或者远程管理工具登录到华为设备，并进入用户视图。

system-view

接下来，选择要配置的以太网接口，并进入该接口的接口视图。

interface

步骤二：切换到三层模式

在接口视图下，使用以下命令将接口切换到三层模式：

undoportswitch

步骤三：配置IP地址

在接口视图下，配置接口的IP地址和子网掩码。

ipaddress

步骤四：启动接口

启动配置的接口。

undoshutdown

步骤五：配置路由

如果需要在华为设备上进行路由功能，还需要进行相应的路由配置。以下是一个简单的静态路由配置示例：

iproute-static

步骤六：保存配置

最后，保存配置并退出配置模式。

save
quit

3. 瞻博网络设备

以下是在瞻博网络设备上配置以太网接口切换到三层模式的步骤：

步骤一：进入接口配置模式

通过命令行或者远程管理工具登录到瞻博设备，并进入系统视图。

enable
config

接下来，选择要配置的以太网接口，并进入该接口的接口视图。

interface

步骤二：切换到三层模式

在接口视图下，使用以下命令将接口切换到三层模式：

layer3

步骤三：配置IP地址

在接口视图下，配置接口的IP地址和子网掩码。

ipaddress

步骤四：启动接口

启动配置的接口。

undoshutdown

步骤五：配置路由

如果需要在瞻博设备上进行路由功能，同样需要进行相应的路由配置。以下是一个简单的静态路由配置示例：

iproute-static

步骤六：保存配置

最后，保存配置并退出配置模式。

save
quit

总结

二层交换机和三层交换机在功能和适用范围上有所差异。选择合适的交换机类型取决于网络规模、性能需求、安全要求以及预算限制等因素。对于小型局域网，二层交换机的简单操作和快速转发特性可能是更合适的选择；而在较大规模的网络环境中，三层交换机的路由功能和更灵活的配置能力则更具优势。
责任编辑：彭菁