本文旨在在架構上對L2層交換機和L3層交換機進行講解。

1、OSI七層模型

圖1，圖2，圖3是學習網路知識的基礎。

圖1：OSI七層模型

圖2：每層對應的相關協議

圖3：基於OSI的不一樣的分層模式。

 2、L2層交換機

L2層交換機可以理解為沒有IP路由功能和僅處理資料鏈路層的交換機。其基本的架構如圖4

其最主要的功能就是在資料鏈路層學習MAC地址，完成資料轉發。由帶多個RJ-45的介面，PHY，MAC等模組的網路介面控制器（NIC）和管理由各個NIC分配的收發幀快取，轉發表的軟體（或ASIC，即一種為專門目的而設計的積體電路）組成，通過參考轉發表資訊，在NIC之間進行資料幀互動。

NIC能夠將資料轉換為乙太網資料幀，以10/100/1000BASE-T標準通過介面進行資料傳輸。一般由網路介面，PHY模組，MAC模組和匯流排結構組成。

圖5為MAC和PHY層的處理過程：

 3、L3層交換機

L3層交換機是基於L2層交換機，並在其基礎上增加了具有路由選擇功能的網路硬體，能通過基於ASIC和FPGA的硬體實現高速的分組轉發和網路路由。我們知道L2交換機工作在資料鏈路層，是基於MAC地址進行資料幀或VLAN的傳輸；而L3交換機工作在網路層，基於IP地址實現路由選擇和分組過濾。

對於位於不同VLAN的終端通訊，L2層交換機無法完成資料交換，必須通過疊加具有路由功能的路由器。如圖6

圖6：

而三層交換機是具備路由功能的。如圖7

那麼L3層交換機的架構又是怎樣的？三層交換機並非是直接在二層交換機上疊加路由器，L3層交換機將硬體裝置內部分離為兩個區域，即以路由選擇，管理功能為主的控制平面和以資料轉發功能為主的資料平面，從而達到快速的分組轉發。傳統的路由器將路由選擇功能，分組轉發以及管理功能均有CPU處理，管理功能負載增加，就會造成分組轉發分能力下降。

圖8為L3層交換機的架構圖：

圖8

在控制平面，通過基於CPU的軟體處理進行硬體整體控制，負載作業系統管理，管理員使用者介面，路由選擇協議處理等工作。

在資料層面，用過基於ASIC，FPGA，網路處理器的硬體處理來進行資料傳輸。

補充一點：L3交換機與路由器的區別，除了支援的資料協議不同外（現代L3交換機僅支援乙太網的資料鏈路層協議和IP網路的網路層協議，而路由器在物理層和資料鏈路層還支援ATM,幀中繼，SDH，串列埠等，網路層和傳輸層還支援TCP/IP以外的協議，如IPX），最主要的是路由器的資料幀處理和其他管理功能都是由CPU承擔，而L3層交換分工明確，在資料幀處理上有專用的硬體。

                   《完》

參考：圖解網路硬體   作者：三輪賢一