工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與智能產(chǎn)線控制二層交換機(jī)和三層交換機(jī)設(shè)備主講教師：鮑冬艷#0D7F47#06381F#C2F1C8#FFC30C#FFF2CB引入學(xué)習(xí)重要性今天我們將深入學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)通信中的核心設(shè)備——二層交換機(jī)和三層交換機(jī)。交換機(jī)作用二層交換機(jī)和三層交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中起著至關(guān)重要的作用，它們的穩(wěn)定運(yùn)行是網(wǎng)絡(luò)順暢的關(guān)鍵。交換機(jī)特點(diǎn)日常網(wǎng)絡(luò)使用的順暢或卡頓與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備密切相關(guān)，二層交換機(jī)和三層交換機(jī)各具特點(diǎn)，共同保障網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行。二層交換機(jī)介紹二層交換機(jī)，又稱“以太網(wǎng)交換機(jī)”或“數(shù)據(jù)鏈路層交換機(jī)”，工作在OSI模型的第二層——數(shù)據(jù)鏈路層。二層交換機(jī)定義與原理交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包通過學(xué)習(xí)目標(biāo)設(shè)備的MAC地址來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)部設(shè)備間的快速通信。MAC地址的知識MAC地址是數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)，它用于在網(wǎng)絡(luò)中唯一標(biāo)識每個(gè)設(shè)備，學(xué)生中有誰知道MAC地址的相關(guān)知識？網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)備連接結(jié)構(gòu)在局域網(wǎng)中，二層交換機(jī)連接眾多設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、服務(wù)器、打印機(jī)等，形成物理或邏輯上的星型或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。包轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu)當(dāng)數(shù)據(jù)包從一個(gè)端口進(jìn)入交換機(jī)，它會(huì)依據(jù)目標(biāo)MAC地址將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)端口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)快速傳輸。工作機(jī)制構(gòu)建MAC地址表二層交換機(jī)運(yùn)行時(shí)構(gòu)建“MAC地址表”，記錄每個(gè)設(shè)備的MAC地址及對應(yīng)接口，為數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)提供依據(jù)。查找并轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包收到數(shù)據(jù)包后，在MAC地址表中查找目標(biāo)MAC地址，若找到，則發(fā)送到相應(yīng)接口，否則執(zhí)行廣播操作。優(yōu)勢與應(yīng)用快速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)采用硬件轉(zhuǎn)發(fā)方式，數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)速度快，可減少網(wǎng)絡(luò)延遲和傳輸時(shí)間。減少網(wǎng)絡(luò)沖突二層交換機(jī)只將數(shù)據(jù)包發(fā)送到目標(biāo)設(shè)備，避免網(wǎng)絡(luò)沖突和帶寬浪費(fèi)。簡單易用無需復(fù)雜配置，插上電源連接網(wǎng)絡(luò)即可自動(dòng)學(xué)習(xí)設(shè)備MAC地址。應(yīng)用廣泛廣泛應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心、校園網(wǎng)絡(luò)、家庭網(wǎng)絡(luò)及小型企業(yè)等場景。三層交換機(jī)定義與原理三層交換機(jī)功能三層交換機(jī)是具有部分路由器功能的交換機(jī)，工作在OSI模型的第三層——網(wǎng)絡(luò)層。三層交換機(jī)路由依據(jù)MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，還能根據(jù)IP地址進(jìn)行路由決策，實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)段的數(shù)據(jù)通信。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)三層交換機(jī)部署三層交換機(jī)通常部署在網(wǎng)絡(luò)的核心層或匯聚層，連接多個(gè)子網(wǎng)或VLAN。三層交換機(jī)路由通過其路由功能，不同子網(wǎng)或VLAN之間的數(shù)據(jù)可通信，構(gòu)建更復(fù)雜靈活的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。工作機(jī)制路由決策在收到數(shù)據(jù)包后，首先檢查目標(biāo)IP地址，若與本機(jī)所在網(wǎng)段不匹配，則根據(jù)路由表找到最佳路徑，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)接口。快速轉(zhuǎn)發(fā)除必要路由決策過程外，大部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)由二層交換處理，提高數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)效率。具體功能與應(yīng)用123堆疊功能堆疊是將多臺設(shè)備通過專用堆疊口連接，形成堆疊系統(tǒng)，由多臺成員設(shè)備組成。主交換機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)運(yùn)行、管理和維護(hù)，其他成員設(shè)備可作備份。支持VLAN功能三層交換機(jī)兼具二層交換和三層路由功能，通過配置Trunk端口和指定接口封裝為802.1Q，允許多個(gè)VLAN數(shù)據(jù)通過端口，實(shí)現(xiàn)通信。生成樹STP即生成樹協(xié)議，是防止以太網(wǎng)環(huán)路問題的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，阻斷冗余鏈路，確保網(wǎng)絡(luò)形成無環(huán)路樹形結(jié)構(gòu)，避免數(shù)據(jù)包循環(huán)，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞和設(shè)備過載。具體功能與應(yīng)用組播管理網(wǎng)絡(luò)環(huán)境需用組播傳遞數(shù)據(jù)，若不限制，會(huì)造成交換機(jī)資源和帶寬浪費(fèi)，可通過設(shè)置IGMP偵聽并丟棄未知組播報(bào)文解決，只接收加入組播組的端口。路由功能在大型網(wǎng)絡(luò)中，存在多個(gè)子網(wǎng)，當(dāng)DHCP客戶端和服務(wù)器在不同子網(wǎng)時(shí)，需用DHCP中繼功能，三層交換機(jī)承擔(dān)不同子網(wǎng)間DHCP客戶端和服務(wù)器的通信任務(wù)。設(shè)備堆疊與備份堆疊技術(shù)堆疊是將多臺設(shè)備通過專用的堆疊口連接起來，堆疊系統(tǒng)由多臺成員設(shè)備組成，主交換機(jī)設(shè)備負(fù)責(zé)堆疊系統(tǒng)的運(yùn)行、管理和維護(hù)。主交換機(jī)的責(zé)任其他成員設(shè)備在處理業(yè)務(wù)的同時(shí)可作為主交換機(jī)的備份，一旦主交換機(jī)設(shè)備故障，系統(tǒng)會(huì)迅速自動(dòng)選舉新的主交換機(jī)。設(shè)備虛擬化進(jìn)行必要的配置后，所有設(shè)備虛擬化成一臺“分布式設(shè)備”，使用堆疊技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多臺設(shè)備的協(xié)同工作和統(tǒng)一管理。VLAN間通信方式VLAN接口配置在三層交換機(jī)上配置的虛擬接口，為每個(gè)VLAN分配一個(gè)IP地址，實(shí)現(xiàn)路由和通信。Trunk配置允許多個(gè)VLAN的數(shù)據(jù)通過同一個(gè)物理端口，通常用于交換機(jī)與交換機(jī)之間的互聯(lián)。實(shí)例同一公司不同部門，每個(gè)部門在不同樓層，通過交換機(jī)級聯(lián)形成局域網(wǎng)，并劃分VLAN。STP配置與管理STP配置在配置三層交換機(jī)時(shí)，STP的配置是必不可少的一部分，通過配置STP，可以指定根網(wǎng)橋、設(shè)置優(yōu)先級。查看生成樹的配置在配置STP后，還可以查看生成樹的配置信息，如查看STP的配置狀態(tài)、根網(wǎng)橋和備份路徑等。確保穩(wěn)定運(yùn)行和高可用性通過配置STP，可以確保交換機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行和網(wǎng)絡(luò)的高可用性，提高網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。組播數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)組播的必要性在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，組播是一種常用的數(shù)據(jù)傳輸方式，用于在特定的組或組播組內(nèi)傳遞數(shù)據(jù)。交換機(jī)資源占用默認(rèn)情況下，交換機(jī)只會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)本VLAN中的組播報(bào)文，以限制資源占用，防止端口擁塞。端口資源優(yōu)化過度組播報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)占用交換機(jī)和端口資源，設(shè)置IGMP偵聽可以避免資源浪費(fèi)，提高上網(wǎng)體驗(yàn)。路由功能企業(yè)子網(wǎng)劃分某企業(yè)使用三層交換機(jī)劃分多個(gè)子網(wǎng)，同時(shí)裝有一臺專用的DHCP服務(wù)器。DHCP服務(wù)器專用三層交換機(jī)上不配置DHCP服務(wù)器，各個(gè)子網(wǎng)都由專用的DHCP服務(wù)器分配IP地址。二層三層交換機(jī)選擇二層適用于簡單局域網(wǎng)，三層適用于復(fù)雜企業(yè)網(wǎng)，根據(jù)需求和規(guī)模選設(shè)備。二層交換機(jī)小結(jié)12三層交換機(jī)適用于復(fù)雜企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和跨網(wǎng)段通信場景，具有堆疊、支持VLAN、生成樹、組播管理和路由功能等。適用于簡單的局域網(wǎng)環(huán)境，能夠快速轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)和減少