二層網絡與三層網絡的對比

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）

二層網絡與三層網絡的對比

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：相比二層網絡，三層網絡符合模塊化設計思想，具有層次清晰、傳輸速度快、故障排查容易等優點。目前大型的局域網多采用三層網絡架構，此種網絡架構方式已經發展的非常成熟。

關鍵詞：二層網絡;三層網絡;數據包;廣播風暴

自從美國國防部與上世紀60年代末創建了世界上第一個交換網絡組，取名為ΑRPΑnet，互聯網的發展已經發展了40多年。在計算機網絡技術的發展進程中，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協議，這一舉動直接推動了全世界網絡技術的大跨步發展。

互聯網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絡技術的研發工作，今年來，我國的互聯網技術取得了突飛猛進的發展，迄今為止，我國的網絡技術已位居世界的前列。當今社會，我們的生活方式已經被互聯網所改變，這一技術甚至已經改變了整個社會的發展的進程。據科學統計，截止到2011年底，我國的網民數量已經突破了五億大關，平均三個人中就有一人使用互聯網。

在這期間，網絡結構也有了重大變化。

按照物理拓撲結構分類，網絡結構經歷了[1]總線型、環型、星型、樹型、混合型等結構。

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

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

二層網絡的工作流程：

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

（2）傳輸數據包到目的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，那么直接將數據包發送給這個端口；如果在交換機存儲列表中找不到對應的目的MΑC地址，交換機則會對數據包進行全端口廣播，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，就會將數據包廣播發送到所有端口上，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。當下次發送數據的時候就可以直接發送到這個端口而非廣播發送了。

以上就是交換機將一個MΑC地址添加到列表的流程，該過程循環往復，交換機就能夠對整個網絡中存在的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，傳統的二層網絡結構模式雖然運行簡便但在很大程度上限制了網絡規模的擴大，由于傳統網絡結構中采用的是廣播的方式來實現數據的傳輸，極易形成廣播風暴，進而造成網絡的癱瘓[2]。這就是各個計算機研究機構所面臨的“二層網絡存在的天然瓶頸”，由于該瓶頸的存在，使得大規模的數據傳輸和資源共享難以實現，基于傳統的二層網絡結構也很難實現局域網絡規?；?。

為了適應大規模網絡的產生于發展，基于分層、簡化的思想，三層網絡模式被成功設計推出。三層網絡架構的基本思想就是將大規模、較復雜的網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，大大提高了數據傳輸的速率。

三層網絡結構的設計，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：在互聯網中承載著網絡服務器與各應用端口間的傳輸功能，是整個網絡的支撐脊梁和數據傳輸通道，重要性不言而喻。因此，網絡對于核心層要求極高，核心層必須具備數據存儲的高安全性，數據傳輸的高效性和可靠性，對數據錯誤的高容錯性，以及數據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據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絡癱瘓，因此必須配備高性能的數據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據量，以保障網絡高速、安全的運轉。

匯聚層：連接網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。每個應用接入都經過匯聚層進行數據處理，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、虛擬網絡過濾功能等。因此，匯聚層中設備的采購必須具備三層網絡的接入交換功能，同時支持虛擬網絡的創建功能，從而實現不同網絡間的數據隔離安全，能夠將大型網絡進行分段劃分，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劃同一網段中的工作站個數，提高各接入終端的帶寬。在搭建網絡架構時，既要考慮網絡的綜合實用性，也要考慮經濟效益，因此在接入層設備采購時可以選擇數據鏈路層中較低端的交換機，而不是越高端越昂貴越好。

隨著近年來互聯網的應用規模急劇擴張，對數據傳輸的要求也越來越高，基于數據整合的云計算技術逐漸受到人們的關注。計算機網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生重大變革。鑒于傳統三層網絡VLan隔離以及SΤP收斂上的缺陷，傳統網絡結構急需打破。現有研究機構開始致力于新型高效網絡架構的研發與探索，結合早期的扁平化架構的原有二層網絡與現有三層網絡的優缺點提出了大二層網絡架構。

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.計算機網絡與通信[M].人民郵電出版社,2005.