工业互联网智能产线控制技术 课件上 2.1.2 二层交换机和三层交换机设备

工业互联网与智能产线控制二层交换机和三层交换机设备主讲教师：鲍冬艳#0D7F47#06381F#C2F1C8#FFC30C#FFF2CB引入学习重要性今天我们将深入学习网络通信中的核心设备——二层交换机和三层交换机。交换机作用二层交换机和三层交换机在网络环境中起着至关重要的作用，它们的稳定运行是网络顺畅的关键。交换机特点日常网络使用的顺畅或卡顿与网络设备密切相关，二层交换机和三层交换机各具特点，共同保障网络运行。二层交换机介绍二层交换机，又称“以太网交换机”或“数据链路层交换机”，工作在OSI模型的第二层——数据链路层。二层交换机定义与原理交换机转发数据包通过学习目标设备的MAC地址来转发数据包，实现局域网内部设备间的快速通信。MAC地址的知识MAC地址是数据链路层的数据，它用于在网络中唯一标识每个设备，学生中有谁知道MAC地址的相关知识？网络结构设备连接结构在局域网中，二层交换机连接众多设备，如计算机、服务器、打印机等，形成物理或逻辑上的星型或网状结构。包转发结构当数据包从一个端口进入交换机，它会依据目标MAC地址将数据包转发到相应端口，实现数据快速传输。工作机制构建MAC地址表二层交换机运行时构建“MAC地址表”，记录每个设备的MAC地址及对应接口，为数据包转发提供依据。查找并转发数据包收到数据包后，在MAC地址表中查找目标MAC地址，若找到，则发送到相应接口，否则执行广播操作。优势与应用快速数据转发采用硬件转发方式，数据包转发速度快，可减少网络延迟和传输时间。减少网络冲突二层交换机只将数据包发送到目标设备，避免网络冲突和带宽浪费。简单易用无需复杂配置，插上电源连接网络即可自动学习设备MAC地址。应用广泛广泛应用于数据中心、校园网络、家庭网络及小型企业等场景。三层交换机定义与原理三层交换机功能三层交换机是具有部分路由器功能的交换机，工作在OSI模型的第三层——网络层。三层交换机路由依据MAC地址转发数据包，还能根据IP地址进行路由决策，实现跨网段的数据通信。网络结构三层交换机部署三层交换机通常部署在网络的核心层或汇聚层，连接多个子网或VLAN。三层交换机路由通过其路由功能，不同子网或VLAN之间的数据可通信，构建更复杂灵活的网络架构。工作机制路由决策在收到数据包后，首先检查目标IP地址，若与本机所在网段不匹配，则根据路由表找到最佳路径，将数据包转发到相应接口。快速转发除必要路由决策过程外，大部分数据转发由二层交换处理，提高数据包转发效率。具体功能与应用123堆叠功能堆叠是将多台设备通过专用堆叠口连接，形成堆叠系统，由多台成员设备组成。主交换机负责系统运行、管理和维护，其他成员设备可作备份。支持VLAN功能三层交换机兼具二层交换和三层路由功能，通过配置Trunk端口和指定接口封装为802.1Q，允许多个VLAN数据通过端口，实现通信。生成树STP即生成树协议，是防止以太网环路问题的网络协议，阻断冗余链路，确保网络形成无环路树形结构，避免数据包循环，导致网络拥塞和设备过载。具体功能与应用组播管理网络环境需用组播传递数据，若不限制，会造成交换机资源和带宽浪费，可通过设置IGMP侦听并丢弃未知组播报文解决，只接收加入组播组的端口。路由功能在大型网络中，存在多个子网，当DHCP客户端和服务器在不同子网时，需用DHCP中继功能，三层交换机承担不同子网间DHCP客户端和服务器的通信任务。设备堆叠与备份堆叠技术堆叠是将多台设备通过专用的堆叠口连接起来，堆叠系统由多台成员设备组成，主交换机设备负责堆叠系统的运行、管理和维护。主交换机的责任其他成员设备在处理业务的同时可作为主交换机的备份，一旦主交换机设备故障，系统会迅速自动选举新的主交换机。设备虚拟化进行必要的配置后，所有设备虚拟化成一台“分布式设备”，使用堆叠技术可以实现多台设备的协同工作和统一管理。VLAN间通信方式VLAN接口配置在三层交换机上配置的虚拟接口，为每个VLAN分配一个IP地址，实现路由和通信。Trunk配置允许多个VLAN的数据通过同一个物理端口，通常用于交换机与交换机之间的互联。实例同一公司不同部门，每个部门在不同楼层，通过交换机级联形成局域网，并划分VLAN。STP配置与管理STP配置在配置三层交换机时，STP的配置是必不可少的一部分，通过配置STP，可以指定根网桥、设置优先级。查看生成树的配置在配置STP后，还可以查看生成树的配置信息，如查看STP的配置状态、根网桥和备份路径等。确保稳定运行和高可用性通过配置STP，可以确保交换机的稳定运行和网络的高可用性，提高网络的稳定性和可靠性。组播数据转发组播的必要性在网络环境中，组播是一种常用的数据传输方式，用于在特定的组或组播组内传递数据。交换机资源占用默认情况下，交换机只会转发本VLAN中的组播报文，以限制资源占用，防止端口拥塞。端口资源优化过度组播报文转发会占用交换机和端口资源，设置IGMP侦听可以避免资源浪费，提高上网体验。路由功能企业子网划分某企业使用三层交换机划分多个子网，同时装有一台专用的DHCP服务器。DHCP服务器专用三层交换机上不配置DHCP服务器，各个子网都由专用的DHCP服务器分配IP地址。二层三层交换机选择二层适用于简单局域网，三层适用于复杂企业网，根据需求和规模选设备。二层交换机小结12三层交换机适用于复杂企业网络和跨网段通信场景，具有堆叠、支持VLAN、生成树、组播管理和路由功能等。适用于简单的局域网环境，能够快速转发数据和减少