什么是三层交换机 (Layer 3 Switch)

什么是三层交换机 (Layer 3 Switch)

随着网络规模和复杂度的不断增加，传统的二层交换机已经无法满足大规模网络的需求。为了满足更高级别的网络需求，三层交换机应运而生。本文将介绍三层交换机的基本概念、特点和应用场景。

什么是三层交换机

三层交换机是一种可以实现网络层（第三层）路由功能的网络设备。它可以通过IP地址学习和转发数据包，实现不同子网之间的通信。三层交换机通常具有多个端口，每个端口可以连接一个子网。当一个数据包到达一个端口时，交换机会将其IP地址学习到交换机的路由表中，并将数据包转发到目标子网中。

三层交换机的应用场景

三层交换机广泛应用于需要实现不同子网之间的通信的网络场景，简化了局域网下跨IP子网的数据传输配置，也能提高VLAN间路由的性能。

在传统VLAN中，交换机对VLAN流量进行标记，只有同一VLAN中的设备才能相互通信。如果不同 VLAN 上的设备需要通信，它们将需要连接到路由器的trunk口，经由路由器上实现VLAN 间路由，此时这个trunk端口就可能会产生性能瓶颈。但使用三层交换机时，交换机背板的带宽远大于单个或多个以太网口的带宽，从而消除瓶颈。

三层交换机和专用路由器有什么区别？

三层交换机的工作方式和路由器非常相似，都是通过查找IP路由表完成转发。但一般来说，三层交换机和高性能的路由器都是使用硬件（交换芯片）转发路由数据包，通用的路由器使用软件模拟执行路由功能。三层交换机比专用路由器拥有更多的以太网端口，但是没有WAN口，而且当数据包不需要跨子网，三层交换机也可以充当二层交换机使用，现在也有将三层交换机叫做多层交换机（multilayer switch）的说法。三层交换机非常适合需要子网之间高速互连的网络。

路由器通常用于家庭和企业中，用于将局域网 (LAN) 相互连接或连接到广域网 (WAN)。此外路由器承担着非常重要的NAT（网络地址转换）功能，它允许 LAN 上具有私有 IP 地址的设备通过将其私有 IP 转换为单个公共 IP 来与公共互联网上的设备进行通信。另外是各种安全功能，例如防火墙规则、访问控制列表 (ACL) 和虚拟专用网络 (VPN) 连接。一般来说路由器更适合需要高级流量管理功能，例如QoS或虚拟专用网络 (VPN)）的更复杂的网络。

但现在随着交换机技术的发展，高性能的三层交换机和路由器的区别已经不大了——在开放网络技术或者网络可编程的趋势下，基于容器化软件架构（例如SONiC）和通用白盒硬件的交换机已经具备了丰富的L2，L3网络功能和QoS以及各类安全特性，甚至一些流量处理和网络安全监控等功能也可十分便捷地集成进交换机内部。新一代的开放架构盒式三层交换机相比于专用的路由器，尤其是机框式的高性能路由设备，在价格和组网灵活性和扩展性上优势明显。