二层网络与三层网络的对比

摘要：相比二层网络，三层网络符合模块化设计思想，具有层次清晰、传输速度快、故障排查容易等优点。目前大型的局域网多采用三层网络架构，此种网络架构方式已经发展的非常成熟。

　　关键词：二层网络；三层网络；数据包；广播风暴

　　自从美国国防部与上世纪60年代末创建了世界上第一个交换网络组，取名为ARPAnet，互联网的发展已经发展了40多年。在计算机网络技术的发展进程中，不可忽视的一项进步就是1974年美国国防部向全世界公开了其研究成果——TCP/IP协议，这一举动直接推动了全世界网络技术的大跨步发展。

　　互联网技术在中国的起步较晚，但是中国政府正是意识到这一缺点，才下大力气推动国内计算机网络技术的研发工作，今年来，我国的互联网技术取得了突飞猛进的发展，迄今为止，我国的网络技术已位居世界的前列。当今社会，我们的生活方式已经被互联网所改变，这一技术甚至已经改变了整个社会的发展的进程。据科学统计，截止到2011年底，我国的网民数量已经突破了五亿大关，平均三个人中就有一人使用互联网。

　　在这期间，网络结构也有了重大变化。

　　按照物理拓扑结构分类，网络结构经历了[1]总线型、环型、星型、树型、混合型等结构。

　　按照逻辑拓扑结构分类，网络结构经历了二层网络架构、三层网络架构以及最近兴起的大二层网络架构。

　　传统的数据交换都是在OSI参考模型的数据链路层发生的，也就是按照MAC地址进行寻址并进行数据转发，并建立和维护一个MAC地址表，用来记录接收到的数据包中的MAC地址及其所对应的端口。此种类型的网络均为小范围的二层网络。

　　二层网络的工作流程：

　　（1）数据包接收：首先交换机接收某端口中传输过来的数据包，并对该数据包的源文件进行解析，获取其源MAC地址，确定发放源数据包主机的接入端口；

　　（2）传输数据包到目的MAC地址：首先判断目的MAC地址是否存在，如果交换机所存储的MAC地址表中有此MAC地址所对应的端口，那么直接将数据包发送给这个端口；如果在交换机存储列表中找不到对应的目的MAC地址，交换机则会对数据包进行全端口广播，直至收到目的设备的回应，交换机通过此次广播学习、记忆并建立目的MAC地址和目的端口的对应关系，以备以后快速建立与该目的设备的联系；

　　（3）如果交换机所存储的MAC地址表中没有此地址，就会将数据包广播发送到所有端口上，当目的终端给出回应时，交换机又学习到了一个新的MAC地址与端口的对应关系，并存储在自身的MAC地址表中。当下次发送数据的时候就可以直接发送到这个端口而非广播发送了。

　　以上就是交换机将一个MAC地址添加到列表的流程，该过程循环往复，交换机就能够对整个网络中存在的MAC地址进行记忆并添加到地址列表，这就是二层（OSI二层）交换机对MAC地址进行建立、维护的全过程。

　　从上述过程不难看出，传统的二层网络结构模式虽然运行简便但在很大程度上限制了网络规模的扩大，由于传统网络结构中采用的是广播的方式来实现数据的传输，极易形成广播风暴，进而造成网络的瘫痪[2]。这就是各个计算机研究机构所面临的“二层网络存在的天然瓶颈”，由于该瓶颈的存在，使得大规模的数据传输和资源共享难以实现，基于传统的二层网络结构也很难实现局域网络规模化。

　　为了适应大规模网络的产生于发展，基于分层、简化的思想，三层网络模式被成功设计推出。三层网络架构的基本思想就是将大规模、较复杂的网络进行分层次分模块处理，为每个模块指定对应的功能，各司其职，互不干扰，大大提高了数据传输的速率。

　　三层网络结构的设计，顾名思义，具有三个层次：核心层、汇聚层、接入层。下面将对三个层次的作用分别进行说明。

　　核心层：在互联网中承载着网络服务器与各应用端口间的传输功能，是整个网络的支撑脊梁和数据传输通道，重要性不言而喻。因此，网络对于核心层要求极高，核心层必须具备数据存储的高安全性，数据传输的高效性和可靠性，对数据错误的高容错性，以及数据管理方面的便捷性和高适应性等性能。在核心层搭建中，设备的采购必须严格按需采购，满足上述功能需求，这就对交换机的带宽以及数据承载能力提出了更高的要求，因为核心层一旦堵塞将造成大面积网络瘫痪，因此必须配备高性能的数据冗余转接设备和防止负载过剩的均衡过剩负载的设备，以降低各核心层交换机所需承载的数据量，以保障网络高速、安全的运转。

　　汇聚层：连接网络的核心层和各个接入的应用层，在两层之间承担“媒介传输”的作用。每个应用接入都经过汇聚层进行数据处理，再与核心层进行有效的连接，通过汇聚层的有效整合对核心层的荷载量进行降低。根据汇聚层的作用要求，汇聚层应该具备以下功能：实施安全功能、工作组整体接入功能、虚拟网络过滤功能等。因此，汇聚层中设备的采购必须具备三层网络的接入交换功能，同时支持虚拟网络的创建功能，从而实现不同网络间的数据隔离安全，能够将大型网络进行分段划分，化繁为简。

　　接入层：接入层的面向对象主要是终端客户，为终端客户提供接入功能，区别于核心层和汇聚层提供各种策略的功能。接入层的主要功能是规划同一网段中的工作站个数，提高各接入终端的带宽。在搭建网络架构时，既要考虑网络的综合实用性，也要考虑经济效益，因此在接入层设备采购时可以选择数据链路层中较低端的交换机，而不是越高端越昂贵越好。

　　随着近年来互联网的应用规模急剧扩张，对数据传输的要求也越来越高，基于数据整合的云计算技术逐渐受到人们的关注。计算机网络作为当今社会各种信息的传输媒介，其组成架构也即将发生重大变革。鉴于传统三层网络VLan隔离以及STP收敛上的缺陷，传统网络结构急需打破。现有研究机构开始致力于新型高效网络架构的研发与探索，结合早期的扁平化架构的原有二层网络与现有三层网络的优缺点提出了大二层网络架构。

　　参考文献：

　　[1]何汉军.运营商WLAN宽带接入方案设计与工程实践[D].北京邮电大学，2012.

　　[2]佟震亚，杨风暴.计算机网络与通信[M].人民邮电出版社，2005.