淺談L2層交換機與L3層交換在架構上的不同
本文旨在在架構上對L2層交換機和L3層交換機進行講解。
1、OSI七層模型
圖1,圖2,圖3是學習網路知識的基礎。
圖1:OSI七層模型
圖2:每層對應的相關協議
圖3:基於OSI的不一樣的分層模式。
2、L2層交換機
L2層交換機可以理解為沒有IP路由功能和僅處理資料鏈路層的交換機。其基本的架構如圖4
其最主要的功能就是在資料鏈路層學習MAC地址,完成資料轉發。由帶多個RJ-45的介面,PHY,MAC等模組的網路介面控制器(NIC)和管理由各個NIC分配的收發幀快取,轉發表的軟體(或ASIC,即一種為專門目的而設計的積體電路)組成,通過參考轉發表資訊,在NIC之間進行資料幀互動。
NIC能夠將資料轉換為乙太網資料幀,以10/100/1000BASE-T標準通過介面進行資料傳輸。一般由網路介面,PHY模組,MAC模組和匯流排結構組成。
圖5為MAC和PHY層的處理過程:
3、L3層交換機
L3層交換機是基於L2層交換機,並在其基礎上增加了具有路由選擇功能的網路硬體,能通過基於ASIC和FPGA的硬體實現高速的分組轉發和網路路由。我們知道L2交換機工作在資料鏈路層,是基於MAC地址進行資料幀或VLAN的傳輸;而L3交換機工作在網路層,基於IP地址實現路由選擇和分組過濾。
對於位於不同VLAN的終端通訊,L2層交換機無法完成資料交換,必須通過疊加具有路由功能的路由器。如圖6
圖6:
而三層交換機是具備路由功能的。如圖7
那麼L3層交換機的架構又是怎樣的?三層交換機並非是直接在二層交換機上疊加路由器,L3層交換機將硬體裝置內部分離為兩個區域,即以路由選擇,管理功能為主的控制平面和以資料轉發功能為主的資料平面,從而達到快速的分組轉發。傳統的路由器將路由選擇功能,分組轉發以及管理功能均有CPU處理,管理功能負載增加,就會造成分組轉發分能力下降。
圖8為L3層交換機的架構圖:
圖8
在控制平面,通過基於CPU的軟體處理進行硬體整體控制,負載作業系統管理,管理員使用者介面,路由選擇協議處理等工作。
在資料層面,用過基於ASIC,FPGA,網路處理器的硬體處理來進行資料傳輸。
補充一點:L3交換機與路由器的區別,除了支援的資料協議不同外(現代L3交換機僅支援乙太網的資料鏈路層協議和IP網路的網路層協議,而路由器在物理層和資料鏈路層還支援ATM,幀中繼,SDH,串列埠等,網路層和傳輸層還支援TCP/IP以外的協議,如IPX),最主要的是路由器的資料幀處理和其他管理功能都是由CPU承擔,而L3層交換分工明確,在資料幀處理上有專用的硬體。
《完》
參考:圖解網路硬體 作者:三輪賢一
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