摘要：在网络工程领域，二层、三层和四层交换机各自扮演着不可或缺的角色。它们不仅决定了数据包如何在网络中传输，还直接影响到网络的性能、安全性和可管理性。
号主：老杨丨11年资深网络工程师，更多网工提升干货，
上午好，我的网工朋友。
在网络工程领域，二层、三层和四层交换机各自扮演着不可或缺的角色。它们不仅决定了数据包如何在网络中传输，还直接影响到网络的性能、安全性和可管理性。
随着网络规模的不断扩大和技术的快速发展，传统的二层交换机已经无法满足日益复杂的网络需求。
三层交换机通过引入路由功能解决了跨Vlan通信的问题，而四层交换机则进一步增强了对应用层流量的控制能力，提供了更加精细的服务质量（QoS）管理和安全性保障。今天就来盘盘二层、三层、四层交换机，再也不会搞不清了。
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二层交换机在网络中主要工作在数据链路层（OSI模型的第二层），其核心功能是基于MAC地址进行帧的转发和过滤。
与传统的集线器不同，二层交换机能够智能地学习每个端口连接设备的MAC地址，并根据这些信息将数据帧直接发送到目标设备，从而显著提高网络效率并减少不必要的广播流量。
MAC地址学习：
当一个设备首次向交换机发送数据帧时，交换机会记录该设备的MAC地址及其对应的接口编号。这样，在后续通信中，它就可以准确地知道如何将帧传递给正确的接收者。帧转发与过滤：
一旦建立了MAC地址表，交换机就可以通过查找表来决定是否应该转发、丢弃或泛洪（即广播）接收到的数据帧。这种机制不仅提高了传输效率，还增强了网络安全。VLAN（虚拟局域网）技术：
VLAN允许逻辑上分离同一物理网络中的多个广播域，从而实现更灵活的网络分段和更好的资源管理。通过配置不同的VLAN，管理员可以限制特定组之间的直接通信，增加安全性并优化性能。01 关键特性
MAC地址表
动态学习：交换机自动学习并更新MAC地址表，无需手动配置。每当一个新的MAC地址出现在某个端口上，它就会被添加到表中。老化时间：为了防止MAC地址表无限增长，交换机会设置一个老化时间（通常为5分钟）。如果在此期间没有再次接收到来自该MAC地址的数据帧，则会将其从表中删除。广播域与冲突域
广播域：所有属于同一VLAN的设备构成一个广播域。二层交换机通过VLAN隔离不同广播域，减少了不必要的广播流量对网络性能的影响。冲突域：每个物理端口代表一个独立的冲突域。由于现代交换机采用全双工模式，因此理论上每个端口都是一个单独的冲突域，大大降低了冲突发生的可能性。02 常见配置命令
创建和管理VLAN：
system-viewvlan配置Trunk端口和Access端口：
interface port link-type trunkport trunk allow-pass vlan或
interface port link-type accessport default vlan实现链路聚合（LACP）：
interface eth-trunk lacp mode active查看MAC地址表：
display mac-address查看VLAN信息：
display vlan03 故障排除技巧
环路形成：使用生成树协议（STP）来检测和防止网络中的环路。可以通过命令display stp查看STP状态。
VLAN配置错误：确保所有相关设备上的VLAN配置一致。使用命令display vlan检查当前的VLAN设置。
端口状态异常：使用命令display interface查看端口的状态信息，确认物理连接是否正常。
MAC地址表溢出：如果发现MAC地址表频繁更新或存在大量未知条目，可能是受到了MAC洪水攻击。此时应加强安全策略，如启用端口安全（Port Security）功能。
三层交换机在网络中不仅具备传统二层交换机的功能，还增加了第三层（网络层）的路由功能。这意味着它不仅可以基于MAC地址进行帧转发，还能解析IP地址并执行路由选择，从而实现跨VLAN和子网之间的通信。
相比传统的路由器，三层交换机通常具有更高的性能和更低的延迟，适合应用于需要频繁路由决策的企业园区网和数据中心环境中。
三层转发：
通过内置的路由引擎，三层交换机能够快速查找路由表，确定最优路径，并将数据包直接转发到目标网络或下一跳路由器。
SVI（Switched Virtual Interface）：
每个VLAN可以配置一个逻辑接口（SVI），该接口拥有自己的IP地址，使得不同VLAN之间的通信可以通过三层交换机内部路由完成，而无需外部路由器介入。
01 关键特性
静态路由与动态路由协议
静态路由：管理员手动配置特定目的地网络的路由条目。适用于小型、静态网络环境，易于管理和维护。动态路由协议：RIP：一种较老的动态路由协议，适用于小型网络，收敛速度慢且开销较大。OSPF：广泛使用的链路状态路由协议，适用于大型复杂网络，提供快速收敛和良好的扩展性。BGP：用于自治系统（AS）之间通信的路由协议，适用于互联网服务提供商（ISP）和跨国企业网络。子接口与逻辑接口
子接口：在同一物理接口上创建多个逻辑接口，每个子接口对应不同的VLAN，允许单个物理端口承载多个VLAN流量。这在Trunk链路上特别有用。逻辑接口：如前所述，SVI是为每个VLAN配置的逻辑接口，用于实现VLAN间的三层通信。02 常见配置命令
配置SVI：
interface Vlanif ip address设置默认网关：
ip route-static 0.0.0.0 0.0.0.0启用并配置动态路由协议：
OSPF：ospfarea 0network area 0BGP：bgp peer
as-number
查看路由表：
display ip routing-table查看ARP缓存：
display arp03 故障排除技巧
路由不可达：使用命令ping和tracert测试连通性，检查路由表是否正确配置了到达目标网络的路由。
子网划分不当：确保所有相关设备上的IP地址和子网掩码配置一致。使用命令display ip routing-table查看当前的路由信息。
路由协议故障：检查动态路由协议的状态，如OSPF邻居关系是否建立成功。使用命令display ospf peer查看OSPF邻居信息。
默认网关配置错误：确认默认网关是否正确配置，并且网关设备本身也能够正常工作。使用命令display ip routing-table检查默认路由是否存在。
四层交换机在网络中不仅具备二层和三层交换机的功能，还扩展到了传输层（OSI模型的第四层）。
这意味着它不仅可以基于MAC地址和IP地址进行数据包转发，还能解析TCP/UDP端口号，从而实现对应用层流量的更精细控制。四层交换机在负载均衡、服务质量（QoS）管理和安全策略实施方面具有显著优势，广泛应用于数据中心和服务提供商网络中。
基于端口的应用识别：
通过分析TCP或UDP报文头中的源端口和目的端口，四层交换机可以区分不同的应用程序流量，并据此做出相应的处理决策。
会话跟踪与状态检测：
四层交换机能够维护连接状态信息，确保每个会话的连贯性和安全性，这对于需要长时间保持连接的应用（如HTTP、FTP）尤为重要。
01 关键特性
会话跟踪与状态检测
连接状态表：四层交换机内部维护一个连接状态表，记录每个活动会话的状态信息，包括源IP、目的IP、源端口、目的端口等。这使得它可以智能地判断哪些数据包属于同一个会话，并根据预先设定的规则进行处理。NAT（网络地址转换）：为了隐藏内部网络结构并增强安全性，四层交换机通常支持NAT功能。它可以将内部私有IP地址映射为外部公共IP地址，反之亦然，同时保留端口号以区分不同会话。QoS（服务质量）与ACL（访问控制列表）
QoS策略配置：四层交换机可以根据应用类型优先级来分配带宽资源，确保关键业务流量得到优先处理。例如，对于视频会议或VoIP通话，可以通过设置高优先级队列保证其低延迟和高质量传输。ACL规则应用：通过定义详细的ACL规则，四层交换机可以精确控制哪些类型的流量允许通过，哪些需要被阻止。这对于保护敏感数据和防止未经授权的访问非常有效。02 常见配置命令
配置NAT：
nat address-group interface GigabitEthernet0/0/1nat outbound address-group设置负载均衡算法：
server-template load-balance algorithm least-connections应用QoS策略：
qos policyclassifier behavior interface GigabitEthernet0/0/1qos apply policy
inbound
配置ACL规则：
acl number rule permit ip source destination interface GigabitEthernet0/0/1traffic-filter inbound acl查看会话表和流量统计信息：
display firewall session tabledisplay qos statistics interface GigabitEthernet0/0/103 故障排除技巧
应用性能下降：使用命令display qos statistics检查是否有QoS策略导致了瓶颈现象。调整队列权重或增加带宽资源可能有助于改善性能。
安全策略失效：确认ACL规则是否正确配置，并且没有冲突的规则覆盖了关键流量。使用命令display acl all查看当前所有ACL规则。
NAT配置错误：确保NAT地址池和ACL规则匹配正确。使用命令display nat session查看当前的NAT会话信息，确认内外网地址转换是否正常工作。
负载均衡不均：检查负载均衡算法是否适合当前应用场景，并验证服务器健康状况。使用命令display server-template查看服务器模板配置，确保所有服务器都在正常工作。
来源：网络工程师俱乐部