二層網(wǎng)絡與三層網(wǎng)絡的對比

雷 鳴,何 旸,劉毅娟,劉曉麗（華北理工大學冀唐學院,河北 唐山 063000）

二層網(wǎng)絡與三層網(wǎng)絡的對比

雷 鳴,何 旸,劉毅娟,劉曉麗
（華北理工大學冀唐學院,河北 唐山 063000）

摘 要：相比二層網(wǎng)絡，三層網(wǎng)絡符合模塊化設計思想，具有層次清晰、傳輸速度快、故障排查容易等優(yōu)點。目前大型的局域網(wǎng)多采用三層網(wǎng)絡架構，此種網(wǎng)絡架構方式已經(jīng)發(fā)展的非常成熟。

關鍵詞：二層網(wǎng)絡;三層網(wǎng)絡;數(shù)據(jù)包;廣播風暴

自從美國國防部與上世紀60年代末創(chuàng)建了世界上第一個交換網(wǎng)絡組，取名為ΑRPΑnet，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展已經(jīng)發(fā)展了40多年。在計算機網(wǎng)絡技術的發(fā)展進程中，不可忽視的一項進步就是1974年美國國防部向全世界公開了其研究成果——ΤCP/IP協(xié)議，這一舉動直接推動了全世界網(wǎng)絡技術的大跨步發(fā)展。

互聯(lián)網(wǎng)技術在中國的起步較晚，但是中國政府正是意識到這一缺點，才下大力氣推動國內計算機網(wǎng)絡技術的研發(fā)工作，今年來，我國的互聯(lián)網(wǎng)技術取得了突飛猛進的發(fā)展，迄今為止，我國的網(wǎng)絡技術已位居世界的前列。當今社會，我們的生活方式已經(jīng)被互聯(lián)網(wǎng)所改變，這一技術甚至已經(jīng)改變了整個社會的發(fā)展的進程。據(jù)科學統(tǒng)計，截止到2011年底，我國的網(wǎng)民數(shù)量已經(jīng)突破了五億大關，平均三個人中就有一人使用互聯(lián)網(wǎng)。

在這期間，網(wǎng)絡結構也有了重大變化。

按照物理拓撲結構分類，網(wǎng)絡結構經(jīng)歷了[1]總線型、環(huán)型、星型、樹型、混合型等結構。

按照邏輯拓撲結構分類，網(wǎng)絡結構經(jīng)歷了二層網(wǎng)絡架構、三層網(wǎng)絡架構以及最近興起的大二層網(wǎng)絡架構。

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換都是在OSI參考模型的數(shù)據(jù)鏈路層發(fā)生的，也就是按照MΑC地址進行尋址并進行數(shù)據(jù)轉發(fā)，并建立和維護一個MΑC地址表，用來記錄接收到的數(shù)據(jù)包中的MΑC地址及其所對應的端口。此種類型的網(wǎng)絡均為小范圍的二層網(wǎng)絡。

二層網(wǎng)絡的工作流程：

（1）數(shù)據(jù)包接收：首先交換機接收某端口中傳輸過來的數(shù)據(jù)包，并對該數(shù)據(jù)包的源文件進行解析，獲取其源MΑC地址，確定發(fā)放源數(shù)據(jù)包主機的接入端口；

（2）傳輸數(shù)據(jù)包到目的MΑC地址：首先判斷目的MΑC地址是否存在，如果交換機所存儲的MΑC地址表中有此MΑC地址所對應的端口，那么直接將數(shù)據(jù)包發(fā)送給這個端口；如果在交換機存儲列表中找不到對應的目的MΑC地址，交換機則會對數(shù)據(jù)包進行全端口廣播，直至收到目的設備的回應，交換機通過此次廣播學習、記憶并建立目的MΑC地址和目的端口的對應關系，以備以后快速建立與該目的設備的聯(lián)系；

（3）如果交換機所存儲的MΑC地址表中沒有此地址，就會將數(shù)據(jù)包廣播發(fā)送到所有端口上，當目的終端給出回應時，交換機又學習到了一個新的MΑC地址與端口的對應關系，并存儲在自身的MΑC地址表中。當下次發(fā)送數(shù)據(jù)的時候就可以直接發(fā)送到這個端口而非廣播發(fā)送了。

以上就是交換機將一個MΑC地址添加到列表的流程，該過程循環(huán)往復，交換機就能夠對整個網(wǎng)絡中存在的MΑC地址進行記憶并添加到地址列表，這就是二層（OSI二層）交換機對MΑC地址進行建立、維護的全過程。

從上述過程不難看出，傳統(tǒng)的二層網(wǎng)絡結構模式雖然運行簡便但在很大程度上限制了網(wǎng)絡規(guī)模的擴大，由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡結構中采用的是廣播的方式來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，極易形成廣播風暴，進而造成網(wǎng)絡的癱瘓[2]。這就是各個計算機研究機構所面臨的“二層網(wǎng)絡存在的天然瓶頸”，由于該瓶頸的存在，使得大規(guī)模的數(shù)據(jù)傳輸和資源共享難以實現(xiàn)，基于傳統(tǒng)的二層網(wǎng)絡結構也很難實現(xiàn)局域網(wǎng)絡規(guī)模化。

為了適應大規(guī)模網(wǎng)絡的產生于發(fā)展，基于分層、簡化的思想，三層網(wǎng)絡模式被成功設計推出。三層網(wǎng)絡架構的基本思想就是將大規(guī)模、較復雜的網(wǎng)絡進行分層次分模塊處理，為每個模塊指定對應的功能，各司其職，互不干擾，大大提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?/p>

三層網(wǎng)絡結構的設計，顧名思義，具有三個層次：核心層、匯聚層、接入層。下面將對三個層次的作用分別進行說明。

核心層：在互聯(lián)網(wǎng)中承載著網(wǎng)絡服務器與各應用端口間的傳輸功能，是整個網(wǎng)絡的支撐脊梁和數(shù)據(jù)傳輸通道，重要性不言而喻。因此，網(wǎng)絡對于核心層要求極高，核心層必須具備數(shù)據(jù)存儲的高安全性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院涂煽啃裕瑢?shù)據(jù)錯誤的高容錯性，以及數(shù)據(jù)管理方面的便捷性和高適應性等性能。在核心層搭建中，設備的采購必須嚴格按需采購，滿足上述功能需求，這就對交換機的帶寬以及數(shù)據(jù)承載能力提出了更高的要求，因為核心層一旦堵塞將造成大面積網(wǎng)絡癱瘓，因此必須配備高性能的數(shù)據(jù)冗余轉接設備和防止負載過剩的均衡過剩負載的設備，以降低各核心層交換機所需承載的數(shù)據(jù)量，以保障網(wǎng)絡高速、安全的運轉。

匯聚層：連接網(wǎng)絡的核心層和各個接入的應用層，在兩層之間承擔“媒介傳輸”的作用。每個應用接入都經(jīng)過匯聚層進行數(shù)據(jù)處理，再與核心層進行有效的連接，通過匯聚層的有效整合對核心層的荷載量進行降低。根據(jù)匯聚層的作用要求，匯聚層應該具備以下功能：實施安全功能、工作組整體接入功能、虛擬網(wǎng)絡過濾功能等。因此，匯聚層中設備的采購必須具備三層網(wǎng)絡的接入交換功能，同時支持虛擬網(wǎng)絡的創(chuàng)建功能，從而實現(xiàn)不同網(wǎng)絡間的數(shù)據(jù)隔離安全，能夠將大型網(wǎng)絡進行分段劃分，化繁為簡。

接入層：接入層的面向對象主要是終端客戶，為終端客戶提供接入功能，區(qū)別于核心層和匯聚層提供各種策略的功能。接入層的主要功能是規(guī)劃同一網(wǎng)段中的工作站個數(shù)，提高各接入終端的帶寬。在搭建網(wǎng)絡架構時，既要考慮網(wǎng)絡的綜合實用性，也要考慮經(jīng)濟效益，因此在接入層設備采購時可以選擇數(shù)據(jù)鏈路層中較低端的交換機，而不是越高端越昂貴越好。

隨著近年來互聯(lián)網(wǎng)的應用規(guī)模急劇擴張，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笠苍絹碓礁撸跀?shù)據(jù)整合的云計算技術逐漸受到人們的關注。計算機網(wǎng)絡作為當今社會各種信息的傳輸媒介，其組成架構也即將發(fā)生重大變革。鑒于傳統(tǒng)三層網(wǎng)絡VLan隔離以及SΤP收斂上的缺陷，傳統(tǒng)網(wǎng)絡結構急需打破。現(xiàn)有研究機構開始致力于新型高效網(wǎng)絡架構的研發(fā)與探索，結合早期的扁平化架構的原有二層網(wǎng)絡與現(xiàn)有三層網(wǎng)絡的優(yōu)缺點提出了大二層網(wǎng)絡架構。

參考文獻：

[1]何漢軍.運營商WLAN寬帶接入方案設計與工程實踐[D].北京郵電大學,2012.

[2]佟震亞,楊風暴.計算機網(wǎng)絡與通信[M].人民郵電出版社,2005.