对于弱电工程从业者来说，“交换机”一直都是关注的焦点。
广义的交换机（switch）就是一种在通信系统中完成信息交换功能的设备，它像是“开关”一样的存在。
交换机没出现之前，我们常用的就是HUB集线器。用它的话，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试，很不高效。
但交换机不同，它不仅有网桥、集线器和集线器的所有功能，还提供了更先进的功能，比如如虚拟局域网（VLAN）和更高的性能。
根据功能的不同，交换机分为二层交换机和三层交换机。
今天的文章给你科普的是“三层交换机”，它处在OSI七层模型的第三层，所以叫三层交换机。
- 三层交换机你需要了解的机制有哪些？
- 没有办法实操，该怎么练手掌握？
- 在企业内具体部署时，又该如何操作？
01
三层交换机的转发机制
你必须了解
三层以太网交换机的转发机制主要分为两个部分：二层转发和三层交换。
二层转发包含MAC 地址和VLAN二层转发；三层转发主要涉及到两个关键的线程：地址学习线程、报文转发线程，这个和二层的线程是类似的。
02
三层交换机配置
在模拟器上该怎么练习？
首先，需要你了解vlan、了解基本的路由原理、了解客户端设置网关的作用。
并且你安装好了模拟器，这里用的是Cisco Packet Tracer。
实验步骤如下：
01 二层交换机配置 （划a为主干链路接口）
Switch(config)#vlan 10
Switch(config)#vlan 20
Switch(config)#int range f0/1-10
Switch(config-if-range)#switchport access vlan 10
Switch(config)#int range f0/11-20
Switch(config-if-range)#switchport access vlan 20
Switch(config)#int f0/24
Switch(config-if)#switchport mode trunk
02 三层交换机配置配置（创建vlan、设置主干链路接口、设置SVI接口地址、启用路由功能）
Switch(config)#ip routing#启用三层交换机的路由功能
Switch(config)#vlan 10
Switch(config)#vlan 20
Switch(config)#int f0/24
Switch(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch(config-if)#switchport mode trunk
Switch(config)#int vlan 10#创建svi10
Switch(config-if)#ip address 192.168.10.254 255.255.255.0#设置SVI10的ip，该地址是vlan10的网关
Switch(config)#int vlan 20#创建svi20
Switch(config-if)#ip address 192.168.20.254 255.255.255.0#设置SVI20的ip，该地址是vlan20的网关
03 配置PC（设置IP、设置网关）
PC0地址设置，该主机属于vlan10
PC1地址设置，该主机属于vlan20
04 测试连通性
03
企业应用配置实例
在企业中，不同部门可能需要区分管理，设置不同的网络权限，同时也需要一定的安全防护，这时你就会需要用到三层网管交换机作为核心交换机。
本文以TL-SG5428PE作为核心交换机为例，介绍在企业网络中配置三层交换机的方法。网络拓扑如下：
出现的问题
- 访客网络可以访问互联网，但不能访问内部其他网络
- 不同部门之间不能互相访问
- 产品部可以访问互联网和服务器，研发部不能访问互联网，只能访问服务器
- 服务器网段不能访问外网
问题分析
- 每个网络设置VLAN，通过设置访问控制限制不同网络的访问权限
- 开启ARP防护、DHCP侦听保障网络安全
配置步骤
01 网络规划
为方便设备管理，需要将路由器、交换机、AC、AP等设备划分到一个VLAN中，同时需要保证每个网络都划分VLAN。
本例中三层网管交换机的端口1连接路由器，端口2连接AC，具体VLAN划分和端口规划情况如下所示：
注：网络地址的大小请根据企业规模灵活配置，本例中网络掩码配置为24位。
02 设置端口类型
根据规划表格，在“VLAN->802.1Q VLAN->端口配置”中，选中1-18口，端口类型下拉选择GENERAL，点击提交。
03 划分VLAN
在“VLAN->802.1Q VLAN->VLAN配置”中，创建VLAN10，Tagged端口列表中选择对应的3-6号端口，点击提交。
其余VLAN重复步骤即可，完成后VLAN列表如下：
04 设置接口参数
在“路由功能->接口”中，输入VLAN ID号，IP地址模式选择Static，输入网络参数如下图所示，点击创建。
其余VLAN重复步骤即可，完成后接口列表如下：
05 设置DHCP服务器
在“路由功能->DHCP服务器->DHCP服务器”中，启用DHCP服务。注意因为需要AC管理AP，所以DHCP服务器中需要填写option字段，如下option 60填写“TP-LINK”，option 138填写AC的IP地址，本例为192.168.23.253。
在“路由功能->DHCP服务器->地址池设置”中，输入相应的网络参数如下图所示，点击添加。
其余VLAN重复步骤即可，完成后DHCP地址池列表如下：
06 设置路由参数
由于产品部、员工无线网络、访客网络需要连接互联网，所以需要设置相应路由使数据能转发出去。
在“路由功能->静态路由->IPv4静态路由”中，设置相应参数如下图所示，注意下一跳为路由器地址，本例为192.168.23.1。
07 网络权限设置
在交换机中主要通过ACL来控制访问权限，本例使用其中的标准IP ACL进行配置，其余的MAC ACL等原理类似。
由于交换机默认规则是转发所有数据，ACL控制是逐条匹配的，所以各网络所需规则如下：
- 产品部：禁止访问研发部网络。
- 研发部：只允许访问服务器，禁止访问其余网络。
- 员工无线网络：禁止访问产品部、研发部、服务器网络。
- 访客网络：禁止访问产品部、研发部、员工无线网络、服务器网络。
以研发部为例，具体设置如下：
✅新建一个ACL ID
标准IP ACL的ID号范围是500-1499，本例使用520。在“访问控制->ACL配置->新建ACL”中，输入520，点击创建即可。
✅再根据需求创建ACL规则
在“访问控制->ACL配置->标准IP ACL”中，下拉选择创建的ACL 520，输入规则ID 21，安全操作选择允许，源IP为研发部IP，目的IP为服务器IP。如下图所示，完成后点击提交。
禁止访问其余网络的规则，如下所示：
完成后ACL 520列表，如下图所示：
✅最后绑定至相应VLAN中
在“访问控制->ACL绑定配置->VLAN绑定”中，下拉选择ACL 520，输入VLAN ID号20，点击添加。如下图所示：
其余网络重复上述三个步骤即可，注意每个网络都需要创建一个ACL ID号以进行VLAN的绑定。
其余网络创建后的ACL列表如下：
08 网络安全设置
为保障内网的网络安全，在三层交换机中建议开启ARP防护、DHCP侦听。
✅ARP防护
防护功能需要先进行四元绑定。在“网络安全->四元绑定”中有手动绑定和扫描绑定，手动绑定输入相应参数即可，扫描绑定设置如下图所示。
绑定后可以在防护范围内进行防护选择。
✅防ARP欺骗
在“网络安全->ARP防护->防ARP欺骗”中，选择启用源MAC、目的MAC和IP验证，填入作用的VLAN ID号，点击启用。如下如所示：
✅DHCP侦听
DHCP主要作用是集中分配和管理IP地址，通常我们是通过路由器或三层网管交换机充当DHCP服务器的角色，但如果网络中有其他能够分配DHCP的非法服务器，也会给客户端分配不正确的IP，导致终端无法上网，网络结构紊乱。
而开启“DHCP侦听”功能，添加授信端口，可以让终端和服务器只能从授信端口接收发送DHCP Offer报文，从而能正确的进行网络通信。
设置方法：
在“网络安全->DHCP侦听->全局配置”中，启用DHCP侦听，输入作用的VLAN ID，点击提交，如下图所示：
若交换机连接有合法DHCP服务器如路由器或AC或其他服务器，则需要进行端口配置，将DHCP服务器所在端口设置为授信端口。
在“网络安全->DHCP侦听->端口配置”中设置为授信端口，如下图所示。
本例中路由器和AC均无需开启DHCP服务，故无需做设置。
通过以上设置，即完成了企业组网中三层网管交换机的设置，且实现了相应的访问控制和网络安全需求。注意保存配置以免掉电导致配置丢失。
以下简要介绍下此例中ER系列路由器、Web网管交换机中的重要设置。路由器、AC、Web网管交换机中的一些基本管理设置、上网设置、无线设置再此不做介绍。
09 路由器设置
数据转发到路由器后需要设置NAPT规则才能将数据转发出去，也需要设置到核心交换机的静态路由以将互联网数据转发到内网中。
在此以TL-ER6220G为例简单介绍ER系列路由器的设置方法。在“传输控制->NAT设置->NAPT”中，点击新增，输入相应参数如下图，点击确定。
其余VLAN重复步骤即可，完成后NAPT规则列表如下：
注意：由于研发部和服务器网段不能访问互联网，所以不做NAPT设置。
在“传输控制->路由设置->静态路由”中，点击新增，输入相应参数如下图，点击确定。注意此处的下一跳地址为三层网管交换机地址，本例为192.168.23.2。
完成后静态路由列表如下：
注意：由于研发部和服务器网段不能访问互联网，所以不做静态路由设置。
10 二层交换机VLAN设置
在二层交换机中同样需要进行VLAN划分以对接三层交换机。
本文以员工网络所在交换机为例进行VLAN 30的设置。其余网络所在交换机设置同样。
✅在“VLAN->802.1Q VLAN”中选中启用并点击应用
在输入框中输入30，选择对应的端口，选为Tagged，完成后点击添加。
添加完成后，VLAN列表如下：
✅设置端口PVID
在“VLAN->802.1Q VLAN PVID设置”中，选中VLAN30中Untagged的端口，PVID框输入30，点击应用进行保存。
端口类型为Tagged的16口作为级联口，保持默认PVID值为1即可。设置后如下如所示：
至此，就完成所有设置了！
层交换机交换机步骤