交换机、路由器、网桥和局域网/交换技术
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交换技术对于新的网络设计至关重要。由于二层交换的价格大幅下降，为整个网络购买交换机更容易证明其成本效益。这并不意味着每家企业都能负担得起所有用户的交换机端口，但它确实为时机成熟时的成本效益升级解决方案提供了可能。二层交换 - 二层交换是基于硬件的，这意味着它使用主机网络接口卡 (NIC) 的媒体访问控制 (MAC) 地址来过滤网络。交换机使用专用集成电路 (ASIC) 来构建和维护过滤表。可以将二层交换机视为一个多端口网桥。二层交换提供以下功能：基于硬件的网桥 (MAC) 线速 高速 低延迟 低成本 二层交换非常高效，因为数据包没有修改，只是对数据包的帧封装进行了修改，并且只有当数据包通过不同媒体（例如从以太网到 FDDI）时才会进行修改。将二层交换用于工作组连接和网络分割（将冲突域分解）。这使您可以创建更扁平的网络设计，并创建比传统的 10BaseT 共享网络更多的网络段。二层交换促进了网络基础设施中的新组件的发展
服务器群
服务器不再分布在物理位置，因为虚拟局域网可以创建来在交换的互联网中创建广播域。这意味着所有服务器都可以放置在中心位置，但某个服务器仍然可以是例如远程分支机构中的工作组的一部分。
内部网
允许基于 Web 技术的组织范围内的客户端/服务器通信。这些新技术使更多数据从本地子网流向路由网络，其中路由器的性能可能成为瓶颈。
二层交换的局限性
二层交换机与网桥网络具有相同的局限性。请记住，如果您按照 80/20 规则设计网络，网桥就很不错：用户 80% 的时间都花在本地段上。
网桥网络分解了冲突域，但网络仍然是一个大型广播域。类似地，二层交换机（网桥）无法分解广播域，这会导致性能问题，并限制网络的规模。广播和组播以及生成树的缓慢收敛会导致随着网络增长而出现重大问题。由于这些问题，二层交换机无法完全取代互联网中的路由器。
三层交换 -
三层交换机和路由器之间的唯一区别是管理员创建物理实现的方式。此外，传统路由器使用微处理器来做出转发决策，而交换机仅执行基于硬件的包交换。但是，某些传统路由器在某些高端型号中也可以具有其他硬件功能。三层交换机可以放置在网络中的任何位置，因为它们处理高性能局域网流量，并且可以经济高效地取代路由器。三层交换是完全基于硬件的包转发，所有包转发都由硬件 ASIC 处理。三层交换机在功能上与传统路由器没有区别，并且执行相同的函数，这些函数列示如下：根据逻辑地址确定路径 运行三层校验和（仅对报头） 使用生存时间 (TTL) 处理并响应任何选项信息 可以使用简单网络管理协议 (SNMP) 管理器更新管理信息库 (MIB) 信息 提供安全性 三层交换的好处包括：基于硬件的包转发 高性能包转发 高速可扩展性 低延迟 每个端口成本更低 流量统计 安全性 服务质量 (QoS) 四层交换 - 四层交换被认为是一种基于硬件的三层交换技术，它还可以考虑使用的应用程序（例如 Telnet 或 FTP）。四层交换通过使用传输层报头中找到的端口号来进行路由决策，从而在三层之上提供额外的路由。这些端口号在 RFC 1700 中找到，并引用上层协议、程序或应用程序。四层信息已被用于帮助做出路由决策相当一段时间了。例如，扩展访问列表可以根据四层端口号过滤数据包。另一个例子是思科高端路由器中的 NetFlow 交换收集的统计信息。四层交换的最大好处是，网络管理员可以配置四层交换机，根据应用程序优先级排序数据流量，这意味着可以为每个用户定义 QoS。例如，可以将许多用户定义为视频组，并根据视频会议的需要为其分配更多优先级或带宽。但是，由于用户可以是许多组的一部分并运行许多应用程序，因此四层交换机必须能够提供一个巨大的过滤表，否则响应时间会受到影响。此过滤表必须比任何二层或三层交换机都大得多。二层交换机的过滤表可能仅与连接到网络的用户数量一样大，如果在交换结构内使用了某些集线器，则可能更小。但是，四层交换机可能为连接到网络的每个设备提供 5 或 6 个条目！如果四层交换机没有包含所有信息的过滤表，则交换机将无法产生线速结果。
多层交换结合了二层、三层和四层交换技术，并提供高速可扩展性和低延迟。它通过使用基于网络管理员设计的标准的巨大过滤表来实现高速可扩展性和低延迟的高组合。多层交换可以线速移动流量，还可以提供三层路由，这可以消除网络路由器中的瓶颈。此技术基于“路由一次，交换多次”的理念。多层交换可以根据以下内容做出路由/交换决策：数据链路帧中的 MAC 源/目标地址 网络层报头中的 IP 源/目标地址 网络层报头中的协议字段 传输层报头中的端口源/目标号 三层交换机和四层交换机之间没有性能差异，因为路由/交换都是基于硬件的。
局域网交换用于根据帧的硬件目标转发或过滤帧。但是，帧可以被转发或过滤的三种不同方法。每种方法都有其优缺点，通过了解可用的不同局域网交换方法，您可以做出明智的交换决策。有三种交换模式
- 存储转发
在存储转发模式下，完整的帧数据将在交换机的缓冲区中接收，运行循环冗余校验 (CRC)，然后在 MAC 过滤表中查找目标地址。
- 直通
在直通模式下，交换机仅等待接收目标硬件地址，然后在 MAC 过滤表中查找目标地址。
- 无碎片
无碎片是 Catalyst 1900 交换机的默认模式；它有时被称为修改的直通，它在转发帧之前检查帧的前 64 字节是否出现碎片（因为可能发生冲突）。
图显示了交换模式在帧中发生的不同的点。不同交换模式将在以下部分中详细讨论。
路由交换模块 (RSM) 也称为内部路由处理器，因为第 3 层数据包的处理是在交换机内部进行的。您需要将 RSM 添加到第 2 层设备（例如 5000 Catalyst 交换机）中，以便能够在没有路由器的情况下进行第 3 层数据包的交换。RSM 使第 2 层交换机成为多层交换机，并将第 2 层和第 3 层功能集成到一个机箱中。5000 系列使用 RSM 或路由交换功能卡 (RSFC)，而 6000 系列使用多层交换模块 (MSM) 来执行此功能。RSM、RSFC 和 MSM 在交换机上的配置方式完全相同。RSM 是直接插入交换机的模块，它运行 Cisco IOS 以执行 VLAN 间通信。5000 系列交换机将 RSM 视为单个中继端口和单个 MAC 地址。换句话说，它在交换机上看起来像一个“棍子上的路由器”。RSM 与交换机的接口通过 VLAN 0 和 VLAN 1 实现。管理员无法访问 VLAN 0。RSM 使用两个通道，VLAN 0 映射到通道 0，它支持 RSM 与 Catalyst 5000 系列默认 VLAN (VLAN 1) 之间的通信。VLAN 1 映射到通道 1。分配给 RSM 的 MAC 地址来自线路通信处理器 (LCP) 上的可编程只读存储器 (PROM)。此 MAC 地址用于识别 RSM 的插槽并进行诊断。VLAN 1 的 MAC 地址从包含 512 个 MAC 地址的 PROM 中分配。除了 VLAN 0 之外的所有路由接口都使用基本 MAC 地址。RSFC 是 Supervisor Engine II G 和 Supervisor III G 卡的子卡。RSFC 是运行 Cisco IOS 的功能齐全的路由器。MSM 使用四个全双工千兆以太网接口连接到交换机，看起来像交换机上的外部路由器。这四个接口可以是四个不同 VLAN 的四个独立链路，或者可以进行捆绑并配置为一个运行 EtherChannel 和 ISL 或 802.1q 的负载均衡链路。然后使用子接口来配置每个 VLAN。