什么是《一次路由多次转发》 和 三层交换器的概念

本文详细介绍了三层交换机的工作原理,包括如何利用MAC地址与IP地址映射提高数据包转发效率,解决路由速率瓶颈。同时,文章还探讨了四层交换机的功能,如根据TCP/UDP端口号确定数据包应用类型,实现应用层的访问控制和服务质量保证。

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一次路由多次转发正好在NF的代码中也有说到,为每一个转发创建一个flow,此后的包全部都由底层转发。


使用IP的设备A------------------------三层 交换机------------------------使用IP的设备B
比如A要给B发送数据,已知目的IP,那么A就用 子网掩码取得 网络地址,判断目的IP是否与自己在 同一网段
如果在同一网段,但不知道转发数据所需的MAC地址,A就发送一个ARP请求,B返回其MAC地址,A用此MAC 封装数据包并发送给 交换机,交换机起用二层交换模块,查找 MAC地址表,将数据包转发到相应的端口。
如果目的IP地址显示不是同一网段的,那么A要实现和B的通讯,在流缓存条目中没有对应MAC地址条目,就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关,这个缺省网关一般在操作系统中已经设好,对应第三层路由模块,所以可见对于不是同一子网的数据,最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址;然后就由三层模块接收到此数据包,查询路由表以确定到达B的路由,将构造一个新的帧头,其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址,以主机B的MAC地址为目的MAC地址。通过一定的识别触发机制,确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对应关系,并记录进流缓存条目表,以后的A到B的数据,就直接交由二层交换模块完成。这就通常所说的 一次路由多次转发
表面上看,第三层 交换机是第二层 交换器路由器的合二为一,然而
这种结合并非简单的物理结合,而是各取所长的逻辑结合。其重要表现是,当某一信息源的第一个 数据流进行第三层交换后,其中的 路由系统将会产生一个MAC地址与IP地址的映射表,并将该表存储起来,当同一信息源的后续数据流再次进入交换环境时, 交换机将根据第一次产生并保存的 地址映射表,直接从第二层由源地址传输到目的地址,不再经过第三路由系统处理,从而消除了 路由选择时造成的 网络延迟,提高了数据包的转发效率,解决了网间传输信息时路由产生的速率瓶颈。所以说, 第三层交换机既可完成 第二层交换机的端口交换功能,又可完成部分 路由器的路由功能。即 第三层交换机的交换机方案,实际上是一个能够支持多层次动态集成的解决方案,虽然这种多层次动态集成功能在某些程度上也能由传统 路由器第二层交换机搭载完成,但这种搭载方案与采用三层交换机相比,不仅需要更多的设备配置、占用更大的空间、设计更多的布线和花费更高的成本,而且数据传输性能也要差得多,因为在海量数据传输中,搭载方案中的路由器无法克服路由 传输速率瓶颈。
显然, 第二层交换机第三层交换机都是基于 端口地址的端到端的交换过程,虽然这种基于MAC地址和IP地址的交换机技术,能够极大地提高各 节点之间的数据传输率,但却无法根据端口主机的应用需求来自主确定或动态限制端口的交换过程和数据流量,即缺乏第四层智能应用交换需求。 第四层交换机不仅可以完成端到端交换,还能根据端口主机的应用特点,确定或限制它的交换流量。简单地说, 第四层交换机是基于 传输层数据包的交换过程的,是一类基于 TCP/IP协议 应用层的用户应用交换需求的新型 局域网交换机第四层交换机支持TCP/UDP第四层以下的所有协议,可识别至少80个字节的数据包 包头长度,可根据TCP/UDP 端口号来区分数据包的应用类型,从而实现 应用层访问控制和服务质量保证。所以,与其说 第四层交换机硬件 网络设备,还不如说它是 软件 网络管理系统。也就是说, 第四层交换机是一类以 软件技术为主,以 硬件技术为辅的网络管理交换设备。
最后值得指出的是,某些人在不同程度上还存在一些模糊概念,认为所谓 第四层交换机实际上就是在 第三层交换机上增加了具有通过辨别第四层协议端口的能力,仅在第三层交换机上增加了一些增值 软件罢了,因而并非工作在 传输层,而是仍然在第三层上进行交换操作,只不过是对第三层交换更加敏感而已,从根本上否定第四层交换的关键技术与作用。我们知道,数据包的第二层IEEE802.1P字段或第三层IPToS字段可以用于区分数据包本身的 优先级,我们说 第四层交换机基于第四层 数据包交换,这是说它可以根据第四层TCP/UDP端口号来分析数据包应用类型,即第四层交换机不仅完全具备 第三层交换机的所有交换功能和性能,还能支持第三层交换机不可能拥有的 网络流量和服务质量控制的智能型功能。
<think>好的,用户问的是“跨三层”,我需要先明确这个概念的具体含义。首先,“跨三层”听起来像是一个技术术语,可能网络或者系统架构有关。根据常见的IT术语,可能指的是网络通信中的三层结构,比如OSI模型中的第三层网络层。或者是云计算中的三层架构,比如接入层、汇聚层核心层? 接下来,我需要回忆相关的知识。在网络领域,三层通常指OSI模型中的网络层,负责IP寻址路由。而“跨三层”可能指的是跨越不同网络层的通信,比如不同子网之间的数据传输需要经过路由器(三层设备)。例如,当数据包从一个子网传到另一个子网时,必须通过路由器进行路由,这就是跨三层的通信。 另外,在虚拟化或云计算环境中,“跨三层”可能涉及虚拟网络之间的通信,需要通过三层设备进行连接。比如在VLAN间通信,或者不同物理网络之间的互通,都需要三层交换或路由。 需要验证这些理解是否正确。可能用户指的是网络中的跨三层访问,比如服务器间通信跨越了多个三层设备。或者是在SDN(软件定义网络)中的概念?也有可能是指应用架构中的三层结构,如表现层、业务逻辑层、数据访问层,但这里的“跨三层”可能不太常见。 再考虑实际应用场景。例如,在传统网络中,二层交换基于MAC地址,只能在同一个广播域内通信。而跨三层则意味着需要路由功能,涉及到IP层的转发。因此,跨三层通信通常指不同IP子网之间的通信,必须经过路由器或三层交换机。 此外,可能涉及到性能或配置问题。比如,跨三层通信可能会增加延迟,因为需要路由处理。或者在网络配置中,需要正确设置网关路由表才能实现跨三层通信。 总结下来,“跨三层”主要指的是跨越网络层的通信,即数据包在不同IP子网之间传输,必须通过三层设备(如路由器或三层交换机)进行路由。这种通信方式涉及IP地址的路由选择,与二层交换不同,后者仅在同一子网内基于MAC地址进行数据转发。 需要进一步确认是否有其他领域的含义,比如存储、虚拟化等,但根据常见的IT术语,网络方面的解释更为普遍。因此,回答时应重点放在网络通信中的三层结构,解释其工作原理、应用场景以及相关设备的作用。 最后,组织回答结构,先定义概念,再说明与二层通信的区别,接着举例应用场景,可能涉及的技术设备,以及实际应用中的注意事项。确保语言通俗易懂,避免过于专业的术语,必要时举例说明,帮助用户理解。</think>跨三层是网络通信中的概念,指数据在不同子网(IP网段)之间传输时,必须通过三层设备(如路由器或三层交换机)进行路由。以下是逐步解释: --- ### 1. **什么是网络中的“三层”?** 在OSI网络模型中,**第三层(网络层)**负责逻辑寻址路由。设备通过IP地址标识,数据包需要根据目标IP地址选择路径。 - **二层通信**:基于MAC地址,仅限同一子网(如交换机连接的局域网)。 - **三层通信**:基于IP地址,可跨越不同子网。 --- ### 2. **跨三层如何工作?** **示例**:PC1(IP: 192.168.1.10)向PC2(IP: 192.168.2.20)发送数据。 1. **判断目标是否在同一子网**: PC1发现PC2的IP(192.168.2.20)不在192.168.1.0/24网段。 2. **转发给网关**: PC1将数据包发送到默认网关(如路由器接口IP: 192.168.1.1)。 3. **路由选择**: 路由器根据路由表,将数据包转发到目标子网(192.168.2.0/24)。 4. **到达目标**: 目标子网的路由器将数据包传递给PC2。 --- ### 3. **跨三层与二层通信的区别** | **特性** | **跨二层(同一子网)** | **跨三层(不同子网)** | |-----------------|-------------------------------|--------------------------------| | 寻址方式 | MAC地址 | IP地址 | | 设备依赖 | 二层交换机 | 路由器/三层交换机 | | 广播域范围 | 同一广播域内 | 跨越多个广播域 | | 典型场景 | 局域网内文件共享 | 访问互联网或其他部门网络 | --- ### 4. **实际应用场景** - **企业网络**: 财务部(10.1.1.0/24)与研发部(10.1.2.0/24)通信需跨三层。 - **云计算**: 不同虚拟私有云(VPC)之间的流量通过路由互通。 - **远程访问**: 家庭网络访问公司内网服务器时,数据需跨越公网(三层路由)。 --- ### 5. **相关技术设备** - **路由器**:专用于跨三层路由的传统设备。 - **三层交换机**:结合二层交换三层路由功能(如Cisco Catalyst系列)。 - **软件定义网络(SDN)**:通过控制器集中管理跨三层流量。 --- ### 6. **注意事项** - **延迟增加**:跨三层多次路由查询,可能增加传输延迟。 - **安全策略**:需配置ACL(访问控制列表)或防火墙规则限制跨网段访问。 - **路由协议**:大规模网络中需使用OSPF、BGP等协议动态维护路由表。 --- 通过以上分析,可清晰理解跨三层是网络层的关键功能,实现了不同子网间的互联互通。
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