網絡交換機是網絡基礎設施的重要組成部分，廣泛應用于各種網絡環境中。交換機按照工作層次可分為二層交換機和三層交換機，其中三層交換機因其結合了交換與路由的功能，你知道三層交換機工作在哪一層嗎？本文瑞哥詳細給大家詳細介紹一下。
三層交換機的基本概念
三層交換機是一種能夠在網絡層（第三層）進行資料交換的裝置。與傳統的二層交換機僅在資料鍊路層（第二層）工作不同，三層交換機不僅能夠實作二層交換，還能夠執行路由功能，即在不同子網之間轉發資料包。三層交換機的核心在于其內建了路由器的功能，通過硬體來加速路由查找和轉發過程，進而提供高效的資料傳輸。
三層交換機工作在第三層
第三層，即網絡層，是OSI模型的一個重要組成部分。網絡層主要負責資料包的路徑選擇和轉發。它通過IP位址進行資料包的尋址和路由決定，進而確定資料包能夠正确傳輸到目的地。網絡層的主要協定包括IP（網際網路協定）、ICMP（網際網路控制消息協定）等。
三層交換機在工作時，會同時涉及第二層和第三層的功能。在資料包從一個端口進入交換機時，交換機會首先在第二層進行MAC位址查找，以确定資料包的目标端口。如果目标裝置在同一子網内，三層交換機會像二層交換機一樣，通過MAC位址表直接将資料包轉發至相應端口。
當目标裝置不在同一子網時，三層交換機會在第三層進行IP位址查找和路由決定。交換機會根據路由表，選擇适當的下一跳（next hop）和輸出端口，将資料包轉發至目的地子網。通過這種方式，三層交換機實作了在不同子網之間的資料轉發功能。
三層交換機的組成部分
三層交換機由硬體和軟體兩部分組成，其核心部件包括：
硬體部分
- **ASIC（專用內建電路）：**三層交換機通常使用ASIC晶片來加速資料包的轉發和路由查找。ASIC能夠快速處理大量資料包，提供高性能的資料轉發能力。
- **CPU（中央處理器）：**CPU負責交換機的整體管理和控制，包括運作交換機作業系統、處理配置指令等。
- **端口：**三層交換機配備多個網絡端口，用于連接配接不同的網絡裝置。端口類型包括以太網端口、光纖端口等。
軟體部分
- **作業系統：**三層交換機運作專用的作業系統，用于管理硬體資源、執行交換和路由功能。常見的交換機作業系統包括思科的IOS、華為的VRP等。
- **路由協定：**三層交換機支援多種路由協定，用于動态建立和維護路由表。常見的路由協定包括RIP（路由資訊協定）、OSPF（開放最短路徑優先協定）、BGP（邊界網關協定）等。
三層交換機的優勢
三層交換機在現代網絡中具有許多優勢，主要展現在以下幾個方面：
高性能
三層交換機通過硬體加速實作資料包的快速轉發和路由查找，提供了高性能的資料傳輸能力。相比于傳統路由器，三層交換機能夠在大規模網絡環境中更高效地處理資料流量。
靈活性
三層交換機內建了二層交換和三層路由功能，能夠在不同網絡環境中靈活應用。它既可以作為區域網路内的核心交換裝置，又可以用于不同子網之間的資料轉發，實作靈活的網絡部署。
簡化網絡結構
三層交換機能夠簡化網絡結構，減少網絡裝置的數量和複雜性。通過将交換和路由功能內建在一個裝置中，可以減少網絡中的路由器數量，降低網絡建設和維護成本。
提高網絡安全
三層交換機支援多種網絡安全功能，如通路控制清單（ACL）、VLAN（虛拟區域網路）隔離等。通過這些功能，可以有效地控制網絡流量，保護網絡免受攻擊和非法通路。
提供進階功能
三層交換機通常支援多種進階網絡功能，如QoS（服務品質）、多點傳播路由等。這些功能能夠優化網絡性能，提供更好的使用者體驗。
三層交換機的應用場景
三層交換機廣泛應用于各種網絡環境中：
企業網絡
在企業網絡中，三層交換機通常用于核心層和彙聚層。核心層三層交換機負責不同部門或樓層之間的資料轉發，提供高性能的網絡骨幹。彙聚層三層交換機則用于将接入層裝置連接配接到核心層，實作子網間的資料交換。
資料中心
在資料中心中，三層交換機用于連接配接伺服器、儲存設備和其他網絡裝置，提供高帶寬、低延遲的資料傳輸能力。三層交換機還支援虛拟化網絡功能，如VXLAN（虛拟擴充區域網路），用于建構大規模虛拟網絡。
校園網絡
在校園網絡中，三層交換機用于不同學院或樓棟之間的資料轉發，提供穩定、高效的網絡連接配接。通過三層交換機，可以實作不同子網之間的互聯互通，提供靈活的網絡通路控制。
ISP（網際網路服務提供商）
ISP使用三層交換機建構城域網（MAN）和廣域網（WAN），提供高性能的網絡接入服務。三層交換機能夠支援大規模使用者通路，提供可靠的網絡連接配接和服務品質保證。