配置三层交换端口IP地址的方法

配置三层交换端口IP地址的方法

目前，有两种方法可以配置市场上交换机端口的IP地址. 一种是直接在物理端口上设置它，另一种是通过逻辑到VLAN端口间接设置它. 为了分析这两种配置方法在交换机实际操作中的差异. 在对三层交换机端口工作原理进行详细分析的基础上，搭建了测试环境. 两种方法的区别主要从端口初始化和方法路由收敛的过程来分析. 通过分析发现，直接在交换机的物理端口上配置IP地址可以节省生成树协议（STP，SpanningTreeProtocol）收敛所需的时间，并且无需计划其他VLAN. 它将为将来的操作和维护工作带来方便.

第3层交换机可以快速完成VIAN之间的数据转发，从而避免了由于使用路由器而导致的第3层转发的瓶颈. 目前，它们已被广泛用于企业，学校和居民社区的局域网中. 为第3层交换机端口配置1P地址时，通常有两种方法: 一种是直接在物理端口上设置1P地址，另一种是通过逻辑VLAN端口间接设置IP地址. 为了比较这两种方法的优缺点，本文首先介绍了三层交换机的工作原理，然后比较了这两种方法的使用寿命和端口初始化时间. 并通过测试得出结论.

1. 三层交换机的工作原理

传统交换技术在OSI网络参考模型的第二层（即数据链路层）运行，而E层交换技术在网络模型的第一层实现数据包的高速转发. 使用第1层协议中的信息来增强第2层交换功能的机制（请参见图1）

从硬件实现的角度来看，第2层交换机的接口模块当前正在通过高速背板/总线交换数据. 在第三层交换机中，与路由器相关的第三层路由硬件模块也插入到高速背板/总线中. 这种方式允许路由模块与需要高速路由的其他模块交换数据，从而突破了外部路由器接口的速度限制.

假设有2个站点使用IP协议，则通过第3层交换机的通信过程为: 如果发送站点1开始发送，则目标站点2的IP地址是已知的，但未知在局域网上发送所需的MAC地址需要地址解析（ARP）才能确定站点2的MAC地址. 站点1将其IP地址与站点2的IP地址进行比较，并使用其软件配置的子网掩码来提取网络地址以确定站点2是否与其自身在同一子网中. 如果站点2和站点1在同一子网中，则站点1广播ARP请求，站点2返回其MAC地址，站点1获取站点2的MAC地址，缓存该地址，并使用该MAC地址转发数据，第2层交换模块搜索MAC地址表以确定将数据包发送到目标端口. 如果2个站点不在同一子网中. 站点1将ARP（地址解析）数据包发送到“默认网关”，并且已在系统软件中设置了“默认网关”的IP地址. 该IP地址实际上对应于第3层交换机的第3层交换模块.

当站点1向“默认网关”的IP地址广播ARP请求时，如果第3层和第3层交换模块在先前的通信过程中获得了站点2的MAC地址，它将发送到站点1 MAC地址返回给站点: 否则，三层交换模块根据路由信息向目的站广播ARP请求. 站2收到ARP请求后，将其MAC地址回复到第3层模块. 第3层交换模块保存此地址并答复发送站1. 随后，当数据包在站1和站2之间转发时，最终目标站的MAC地址将用于密封该包.

在实际过程中，这两个站点可以视为交换机的两个端口. 只有在设置了端口的IP地址之后，该端口才能在第三层状态下工作，并且不同子网之间的通信才能完成.

2. 两条用于设置IP地址的命令

本文讨论了两种IP地址配置方法，一种是直接在物理端口上设置IP地址，设置过程相对简单. 例如，在作者单位新购买的第3层交换机上交换机地址，将端口1/0/1配置为路由端口，IP地址为172.16.1.0. OSPF采用点对点类型. 配置过程如下:

#interface以太网101

#port链接-模式路由

#ip地址172.16.1.0 255.255.255.0

#ospf networt型p2p

第二种IP地址配置方法是通过逻辑VLAN设置IP地址. 您需要先将IP地址设置为VLAN，然后在VLAN下配置物理端口. 确保IP地址和物理端口之间一一对应. 例如，在与上述相同的第3层交换机上，将端口1/0/1配置为路由端口，并将该端口的VLANID配置为101，将VLAN 101 IP地址配置为172.16.1.1，OSPF使用点对点类型，配置过程如下:

#interface VLAN接口101

#ip地址172.16.1.0 255.255.255.0

#ospf网络类型p2p

#interface以太网1/0/1

#port链接-模式路由

#port访问VLAN 101

可以看出，以上两种方法可以设置交换机端口的IP地址. 从操作步骤来看，第一种方法相对简单，第二种方法要求在设置IP地址之前先映射端口和VLAN. 此外，第二种方法在配置IP地址时还需要使用相应的VLAN. VLAN号使用过多可能会给以后的操作和维护带来不便.

3. 端口初始化时间分析

除了以上两种设置第3层交换端口IP地址的方法外，除了使用不同的命令外，在某些网络环境端口下连接设备所需的初始化时间也将有所不同. 将设备连接到已启动的交换机的端口时，交换机端口的初始化可以分为以下四个步骤: 交换机端口速度和全双工适配，以太网通道配置测试，中继配置测试有线和无线网络，生成树协议（STP）初始化.

1）适应交换机端口速度和企业双工. 首先，交换机端口需要与客户自动握手，以实现速度和全双工. 例如，一个交换机端口可以支持1000Mbit / s（1Gbit / s）的全双工速度，但是客户端仅支持100Mbit / s的全双工，那么该交换机和韩剧就相互协商以支持最高速率.

2）以太网通道配置. 以太网通道配置可以快速进行以太网或千兆以太网连接，因此可以将交换机或路由器的端口组合起来并用作单个端口以获得更高的速度. 如果该通道一天不工作，则以太网通道通常会提供冗余，此过程使用端口聚合协议（PAGP），大约需要15S.

3）中继配置测试网络. 接下来，交换机开始测试该端口是否为中继端口（用于交换机之间互连的端口）. Trunking通过一个交换机端口在多个VLAN之间交换数据，并且Trunk端口的测试花费的时间非常少，大约为1S.

4）生成树协议（STP）初始化. STP协议可以应用于环路网络. 路径冗余是通过某种算法实现的. 同时，将环路网络修剪成无环路的树状网络，从而避免消息和环路网络中无限循环的扩散. 在STP初始化阶段，端口将经历STP的五个阶段，即阻塞，侦听，学习，转发和禁用. 整个过程大约需要15S.

启用STP协议后，不同VLAN之间的通信需要STP协议为其计算最佳路径，以避免环路. 因此，在运行STP协议的网络环境中，使用逻辑VLAN端口配置IP地址，则需要STP协议来初始化VLAN之间的通信. 并且IP地址是通过物理端口配置的，可以直接在三层协议下工作，不需要经过STP进程进行路由收敛，从而节省了第二层STP协议的初始化时间.

4. 三层环网交换实验

通过以上分析，我们可以知道，当启用STP协议时，使用逻辑VLAN端口配置IP地址和方法将在初始化端口时经历STP协议切换过程，以及作者的实际情况. 由于网络是环形网络结构交换机地址，并且未启用STP协议，因此为了进一步分析实际网络中两种配置方法之间的差异，构建了一个测试环境来执行环形网络交换测试. 网络测试环境如下: 使用六个（SW1SW6）的三层交换机形成一个环网，关闭三层交换机的STP协议，并使用相同的两层交换机（SW7）工厂作为访问设备. 拓扑图如图2所示.

现在测试了打开环路时网络恢复正常所需的时间.

从PC2到PCI有2个链接，一个是SH1-SW6 SN5 -SW4 -SW7，称为A链接；另一个是SW1-SW2 -SW3 -S84 -SW7，它称为链接B. 现在，SW1和SH2之间的OSPF路由COST值使用点对点类型增加到20，因此链接A成为默认值链接，链接B是备用链接. hello数据包间隔从10S调整为1s，以缩短链路收敛时间.

第一次通过逻辑VLAN端口设置IP地址，断开SN5 Sb之间的链接，路由自动切换到每个链接B，然后恢复SW5 SW6之间的链接，同时通过Sniffer发送数据包（1000每秒发送数据包）. 观察恢复到链路A的路由的时间. 在此期间，PC1发送4110数据包，PC2接收3582数据包，数据包大小为74字节，发送和接收的数据包数量相差528. 经计算，路由恢复的日时间约为0.528s，无丢包现象. 测试屏幕截图如图3和4所示.

使用物理端口第二次设置IP地址，将SW1和SW2之间的OSFP路由COST值增加到20，并采用点对点类型. hello间隔从10S调整为1s. 默认路由为链接A. 断开SW5 SH6之间的链接后，该路由会自动切换到链接B，然后恢复SW5-S16之间的链接. 数据包通过嗅探器发送（每1000包发送一次）. 观察到路由恢复到链路A的时间. 在此期间，PC1发送10202数据包，PC2接收9909数据包，数据包大小为74字节，发送和接收的数据包数相差293. 恢复时间约为0.293 s，ping无丢包现象，测试屏幕截图如图5和图6所示.

从上述测试中可以发现，在测试环境中，直接在物理端口上配置IP地址的路由恢复时间为0.293s，通过逻辑VLAN配置IP地址的路由恢复时间. 端口为0.528s. 0.235s，在实际使用中可以忽略不计. 可以看出，两种配置IP的方法执行第3层协议收敛所需的时间没有显着差异.

5. 结论

目前，市场上的某些制造商也可以支持本文介绍的2中配置IP地址的方法. 某些制造商仅支持在逻辑VLAN端口上配置IP地址的方法. 通过本文的分析和比较，我们发现直接在交换机的物理端口上配置IP地址可以节省生成树协议（STP）收敛所需的时间，并且不需要计划其他VLAN. 为将来的操作和维护带来方便.

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