三层交换机与四层交换机的详细定义

　　三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。对于数据包转发等规律性的过程由硬件高速实现，而象路由信息更新、路由表维护、路由计算、路由确定等功能，由软件实现。

　　三层交换技术就是二层交换技术+三层转发技术。传统交换技术是在OSI网络标准模型第二层——数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发，既可实现网络路由功能，又可根据不一样网络状况做到最优网络性能。

使用背景

　　出于安全和管理方便的考虑，主要是为了减小广播风暴的危害，必须把大型局域网按功能或地域等原因划成一个个小的局域网，这就使VLAN技术在网络中得以大量使用，而各个不一样VLAN间的通信都要经过路由器来完成转发，随着网间互访的不断增加。单纯运用路由器来实现网间访问，不但由于端口数量有限，而且路由速度较慢，从而限制了网络的规模和访问速度。

　　基于这种情况三层交换机便应运而生，三层交换机是为IP规划的，接口类型简单，拥有很强二层包处理能力，非常适用于大型局域网内的数据路由与交换，它既可以工作在协议第三层替代或部分完成传统路由器的功能，同时又具有几乎第二层交换的速度，且价格相对便宜些。

　　在企业网和教学网中，一般会将三层交换机用在网络的核心层，用三层交换机上的千兆端口或百兆端口连接不一样的子网或VLAN。不过应清醒认识到三层交换机出现最重要的目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具备的路由功能也多是围绕这一目的而展开的，所以它的路由功能没有同一档次的专业路由器强。毕竟在安全、协议支持等方面还有许多欠缺，并不能完全取代路由器工作。

　　在实际使用过程中，典型的做法是：处于同一个局域网中的各个子网的互联以及局域网中VLAN间的路由，用三层交换机来代替路由器，而只有局域网与公网互联之间要实现跨地域的网络访问时，才通过专业路由器。

　　第二层交换机和第三层交换机都是基于端口地址的端到端的交换过程，虽然这种基于MAC地址和IP地址的交换机技术，能够极大地提升各节点之间的数据传输率，但却无法根据端口主机的使用需要来自主确定或动态限制端口的交换过程和数据流量，即缺乏第四层智能使用交换需要。第四层交换机不仅可以完成端到端交换，还能根据端口主机的使用特点，确定或限制它的交换流量。

　　简单地说，第四层交换机是基于传输层数据包的交换过程的，是一类基于TCP/IP协议使用层的用户使用交换需要的新型局域网交换机。第四层交换机支持TCP/UDP第四层以下的所有协议，可识别至少80个字节的数据包包头长度，可根据TCP/UDP端口号来区分数据包的使用类型，从而实现使用层的访问控制和服务质量保证。所以，与其说第四层交换机是硬件网络设备，还不如说它是软件网络管理系统。也就是说，第四层交换机是一类以软件技术为主，以硬件技术为辅的网络管理交换设备。

　　最后值得指出的是，某些人在不一样程度上还存在一些不清楚概念，认为所谓第四层交换机实际上就是在第三层交换机上增加了具有通过辨别第四层协议端口的能力，仅在第三层交换机上增加了一些增值软件罢了，因而并非工作在传输层，而是依旧在第三层上进行交换操作，只不过是对第三层交换更加敏感而已，从根本上否定第四层交换的关键技术与作用。

　　我们知道，数据包的第二层IEEE802.1P字段或第三层IPToS字段可以用于区分数据包本身的优先级，我们说第四层交换机基于第四层数据包交换，这是说它可以根据第四层TCP/UDP端口号来分析数据包使用类型，即第四层交换机不仅完全具备第三层交换机的所有交换功能和性能，还能支持第三层交换机不可能拥有的网络流量和服务质量控制的智能型功能。

第四层交换机支持的重要技术

　　如上所述，第二层交换设备是依赖于MAC地址和802.1Q协议的VLAN标签信息来完成链路层交换过程的，第三层交换/路由设备则是将IP地址信息用于网络路径选择来完成交换过程的，第四层交换设备则是用传输层数据包的包头信息来帮助信息交换和传输处理的。

　　也就是说，第四层交换机的交换信息所描述的具体内容，实质上是一个包含在每个IP包中的所有协议或进程，如用于Web传输的HTTP，用于文件传输的FTP，用于终端通信的Telnet，用于安全通信的SSL等协议。这样，在一个IP网络里，普遍运用的第四层交换协议，其实就是TCP(用于基于连接的对话，例如FTP)和UDP(用基于无连接的通信，例如SNMP或SMTP)这两个协议。

　　由于TCP和UDP数据包的包头不仅包括了“端口号”这个域，它还指明了正在传输的数据包是什么类型的网络数据，运用这种与特定使用有关的信息(端口号)，就可以完成大量与网络数据及信息传输和交换相关的质量服务，其中最值得说明的是如下五项重要使用技术，因为它们是第四层交换机普遍采用的主要技术。