二層網(wǎng)絡(luò)與三層網(wǎng)絡(luò)的對比

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

二層網(wǎng)絡(luò)與三層網(wǎng)絡(luò)的對比

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

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

關(guān)鍵詞：二層網(wǎng)絡(luò);三層網(wǎng)絡(luò);數(shù)據(jù)包;廣播風(fēng)暴

自從美國國防部與上世紀(jì)60年代末創(chuàng)建了世界上第一個(gè)交換網(wǎng)絡(luò)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(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程中，不可忽視的一項(xiàng)進(jìn)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(dòng)直接推動(dòng)了全世界網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的大跨步發(fā)展。

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在中國的起步較晚，但是中國政府正是意識到這一缺點(diǎn)，才下大力氣推動(dòng)國內(nèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)工作，今年來，我國的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，迄今為止，我國的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已位居世界的前列。當(dāng)今社會(huì)，我們的生活方式已經(jīng)被互聯(lián)網(wǎng)所改變，這一技術(shù)甚至已經(jīng)改變了整個(gè)社會(huì)的發(fā)展的進(jìn)程。據(jù)科學(xué)統(tǒng)計(jì)，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(guān)，平均三個(gè)人中就有一人使用互聯(lián)網(wǎng)。

在這期間，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也有了重大變化。

按照物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了[1]總線型、環(huán)型、星型、樹型、混合型等結(jié)構(gòu)。

按照邏輯拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分類，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷了二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及最近興起的大二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

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(jìn)行尋址并進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，并建立和維護(hù)一個(gè)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(yīng)的端口。此種類型的網(wǎng)絡(luò)均為小范圍的二層網(wǎng)絡(luò)。

二層網(wǎng)絡(luò)的工作流程：

（1）數(shù)據(jù)包接收：首先交換機(jī)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(jìn)行解析，獲取其源MΑC地址，確定發(fā)放源數(shù)據(jù)包主機(jī)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(jī)所存儲(chǔ)的MΑC地址表中有此MΑC地址所對應(yīng)的端口，那么直接將數(shù)據(jù)包發(fā)送給這個(gè)端口；如果在交換機(jī)存儲(chǔ)列表中找不到對應(yīng)的目的MΑC地址，交換機(jī)則會(huì)對數(shù)據(jù)包進(jìn)行全端口廣播，直至收到目的設(shè)備的回應(yīng)，交換機(jī)通過此次廣播學(xué)習(xí)、記憶并建立目的MΑC地址和目的端口的對應(yīng)關(guān)系，以備以后快速建立與該目的設(shè)備的聯(lián)系；

（3）如果交換機(jī)所存儲(chǔ)的MΑC地址表中沒有此地址，就會(huì)將數(shù)據(jù)包廣播發(fā)送到所有端口上，當(dāng)目的終端給出回應(yīng)時(shí)，交換機(jī)又學(xué)習(xí)到了一個(gè)新的MΑC地址與端口的對應(yīng)關(guān)系，并存儲(chǔ)在自身的MΑC地址表中。當(dāng)下次發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)候就可以直接發(fā)送到這個(gè)端口而非廣播發(fā)送了。

以上就是交換機(jī)將一個(gè)MΑC地址添加到列表的流程，該過程循環(huán)往復(fù)，交換機(jī)就能夠?qū)φ麄€(gè)網(wǎng)絡(luò)中存在的MΑC地址進(jìn)行記憶并添加到地址列表，這就是二層（OSI二層）交換機(jī)對MΑC地址進(jìn)行建立、維護(hù)的全過程。

從上述過程不難看出，傳統(tǒng)的二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式雖然運(yùn)行簡便但在很大程度上限制了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中采用的是廣播的方式來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，極易形成廣播風(fēng)暴，進(jìn)而造成網(wǎng)絡(luò)的癱瘓[2]。這就是各個(gè)計(jì)算機(jī)研究機(jī)構(gòu)所面臨的“二層網(wǎng)絡(luò)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(shí)現(xiàn)，基于傳統(tǒng)的二層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也很難實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)絡(luò)規(guī)模化。

為了適應(yīng)大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生于發(fā)展，基于分層、簡化的思想，三層網(wǎng)絡(luò)模式被成功設(shè)計(jì)推出。三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基本思想就是將大規(guī)模、較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分層次分模塊處理，為每個(gè)模塊指定對應(yīng)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(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，顧名思義，具有三個(gè)層次：核心層、匯聚層、接入層。下面將對三個(gè)層次的作用分別進(jìn)行說明。

核心層：在互聯(lián)網(wǎng)中承載著網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器與各應(yīng)用端口間的傳輸功能，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)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(luò)對于核心層要求極高，核心層必須具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的高安全性，數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝院涂煽啃?，對?shù)據(jù)錯(cuò)誤的高容錯(cuò)性，以及數(shù)據(jù)管理方面的便捷性和高適應(yīng)性等性能。在核心層搭建中，設(shè)備的采購必須嚴(yán)格按需采購，滿足上述功能需求，這就對交換機(jī)的帶寬以及數(shù)據(jù)承載能力提出了更高的要求，因?yàn)楹诵膶右坏┒氯麑⒃斐纱竺娣e網(wǎng)絡(luò)癱瘓，因此必須配備高性能的數(shù)據(jù)冗余轉(zhuǎn)接設(shè)備和防止負(fù)載過剩的均衡過剩負(fù)載的設(shè)備，以降低各核心層交換機(jī)所需承載的數(shù)據(jù)量，以保障網(wǎng)絡(luò)高速、安全的運(yùn)轉(zhuǎn)。

匯聚層：連接網(wǎng)絡(luò)的核心層和各個(gè)接入的應(yīng)用層，在兩層之間承擔(dān)“媒介傳輸”的作用。每個(gè)應(yīng)用接入都經(jīng)過匯聚層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，再與核心層進(jìn)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(jìn)行降低。根據(jù)匯聚層的作用要求，匯聚層應(yīng)該具備以下功能：實(shí)施安全功能、工作組整體接入功能、虛擬網(wǎng)絡(luò)過濾功能等。因此，匯聚層中設(shè)備的采購必須具備三層網(wǎng)絡(luò)的接入交換功能，同時(shí)支持虛擬網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)建功能，從而實(shí)現(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)間的數(shù)據(jù)隔離安全，能夠?qū)⒋笮途W(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分段劃分，化繁為簡。

接入層：接入層的面向?qū)ο笾饕墙K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(gè)數(shù)，提高各接入終端的帶寬。在搭建網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)時(shí)，既要考慮網(wǎng)絡(luò)的綜合實(shí)用性，也要考慮經(jīng)濟(jì)效益，因此在接入層設(shè)備采購時(shí)可以選擇數(shù)據(jù)鏈路層中較低端的交換機(jī)，而不是越高端越昂貴越好。

隨著近年來互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用規(guī)模急劇擴(kuò)張，對數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊笠苍絹碓礁?，基于?shù)據(jù)整合的云計(jì)算技術(shù)逐漸受到人們的關(guān)注。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為當(dāng)今社會(huì)各種信息的傳輸媒介，其組成架構(gòu)也即將發(fā)生重大變革。鑒于傳統(tǒng)三層網(wǎng)絡(luò)VLan隔離以及SΤP收斂上的缺陷，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)急需打破?，F(xiàn)有研究機(jī)構(gòu)開始致力于新型高效網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研發(fā)與探索，結(jié)合早期的扁平化架構(gòu)的原有二層網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)有三層網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)缺點(diǎn)提出了大二層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

參考文獻(xiàn)：

[1]何漢軍.運(yùn)營商WLAN寬帶接入方案設(shè)計(jì)與工程實(shí)踐[D].北京郵電大學(xué),2012.

[2]佟震亞,楊風(fēng)暴.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與通信[M].人民郵電出版社,2005.