交換機、路由器、網橋和區域網/交換技術
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交換技術對於新的網路設計至關重要。由於二層交換的價格大幅下降，為整個網路購買交換機更容易證明其成本效益。這並不意味著每家企業都能負擔得起所有使用者的交換機埠，但它確實為時機成熟時的成本效益升級解決方案提供了可能。二層交換 - 二層交換是基於硬體的，這意味著它使用主機網路介面卡 (NIC) 的媒體訪問控制 (MAC) 地址來過濾網路。交換機使用專用積體電路 (ASIC) 來構建和維護過濾表。可以將二層交換機視為一個多埠網橋。二層交換提供以下功能：基於硬體的網橋 (MAC) 線速 高速 低延遲 低成本 二層交換非常高效，因為資料包沒有修改，只是對資料包的幀封裝進行了修改，並且只有當資料包透過不同媒體（例如從乙太網到 FDDI）時才會進行修改。將二層交換用於工作組連線和網路分割（將衝突域分解）。這使您可以建立更扁平的網路設計，並建立比傳統的 10BaseT 共享網路更多的網路段。二層交換促進了網路基礎設施中的新元件的發展
伺服器群
伺服器不再分佈在物理位置，因為虛擬區域網可以建立來在交換的網際網路中建立廣播域。這意味著所有伺服器都可以放置在中心位置，但某個伺服器仍然可以是例如遠端分支機構中的工作組的一部分。
內部網
允許基於 Web 技術的組織範圍內的客戶端/伺服器通訊。這些新技術使更多資料從本地子網流向路由網路，其中路由器的效能可能成為瓶頸。
二層交換的侷限性
二層交換機與網橋網路具有相同的侷限性。請記住，如果您按照 80/20 規則設計網路，網橋就很不錯：使用者 80% 的時間都花在本地段上。
網橋網路分解了衝突域，但網路仍然是一個大型廣播域。類似地，二層交換機（網橋）無法分解廣播域，這會導致效能問題，並限制網路的規模。廣播和組播以及生成樹的緩慢收斂會導致隨著網路增長而出現重大問題。由於這些問題，二層交換機無法完全取代網際網路中的路由器。
三層交換 -
三層交換機和路由器之間的唯一區別是管理員建立物理實現的方式。此外，傳統路由器使用微處理器來做出轉發決策，而交換機僅執行基於硬體的包交換。但是，某些傳統路由器在某些高階型號中也可以具有其他硬體功能。三層交換機可以放置在網路中的任何位置，因為它們處理高效能區域網流量，並且可以經濟高效地取代路由器。三層交換是完全基於硬體的包轉發，所有包轉發都由硬體 ASIC 處理。三層交換機在功能上與傳統路由器沒有區別，並且執行相同的函式，這些函式列示如下：根據邏輯地址確定路徑 執行三層校驗和（僅對報頭） 使用生存時間 (TTL) 處理並響應任何選項資訊 可以使用簡單網路管理協議 (SNMP) 管理器更新管理資訊庫 (MIB) 資訊 提供安全性 三層交換的好處包括：基於硬體的包轉發 高效能包轉發 高速可擴充套件性 低延遲 每個埠成本更低 流量統計 安全性 服務質量 (QoS) 四層交換 - 四層交換被認為是一種基於硬體的三層交換技術，它還可以考慮使用的應用程式（例如 Telnet 或 FTP）。四層交換透過使用傳輸層報頭中找到的埠號來進行路由決策，從而在三層之上提供額外的路由。這些埠號在 RFC 1700 中找到，並引用上層協議、程式或應用程式。四層資訊已被用於幫助做出路由決策相當一段時間了。例如，擴充套件訪問列表可以根據四層埠號過濾資料包。另一個例子是思科高階路由器中的 NetFlow 交換收集的統計資訊。四層交換的最大好處是，網路管理員可以配置四層交換機，根據應用程式優先順序排序資料流量，這意味著可以為每個使用者定義 QoS。例如，可以將許多使用者定義為影片組，並根據視訊會議的需要為其分配更多優先順序或頻寬。但是，由於使用者可以是許多組的一部分並執行許多應用程式，因此四層交換機必須能夠提供一個巨大的過濾表，否則響應時間會受到影響。此過濾表必須比任何二層或三層交換機都大得多。二層交換機的過濾表可能僅與連線到網路的使用者數量一樣大，如果在交換結構內使用了某些集線器，則可能更小。但是，四層交換機可能為連線到網路的每個裝置提供 5 或 6 個條目！如果四層交換機沒有包含所有資訊的過濾表，則交換機將無法產生線速結果。
多層交換結合了二層、三層和四層交換技術，並提供高速可擴充套件性和低延遲。它透過使用基於網路管理員設計的標準的巨大過濾表來實現高速可擴充套件性和低延遲的高組合。多層交換可以線速移動流量，還可以提供三層路由，這可以消除網路路由器中的瓶頸。此技術基於“路由一次，交換多次”的理念。多層交換可以根據以下內容做出路由/交換決策：資料鏈路幀中的 MAC 源/目標地址 網路層報頭中的 IP 源/目標地址 網路層報頭中的協議欄位 傳輸層報頭中的埠源/目標號 三層交換機和四層交換機之間沒有效能差異，因為路由/交換都是基於硬體的。
區域網交換用於根據幀的硬體目標轉發或過濾幀。但是，幀可以被轉發或過濾的三種不同方法。每種方法都有其優缺點，通過了解可用的不同區域網交換方法，您可以做出明智的交換決策。有三種交換模式
- 儲存轉發
在儲存轉發模式下，完整的幀資料將在交換機的緩衝區中接收，執行迴圈冗餘校驗 (CRC)，然後在 MAC 過濾表中查詢目標地址。
- 直通
在直通模式下，交換機僅等待接收目標硬體地址，然後在 MAC 過濾表中查詢目標地址。
- 無碎片
無碎片是 Catalyst 1900 交換機的預設模式；它有時被稱為修改的直通，它在轉發幀之前檢查幀的前 64 位元組是否出現碎片（因為可能發生衝突）。
圖顯示了交換模式在幀中發生的不同的點。不同交換模式將在以下部分中詳細討論。
路由交換模組 (RSM) 也稱為內部路由處理器，因為第 3 層資料包的處理是在交換機內部進行的。您需要將 RSM 新增到第 2 層裝置（例如 5000 Catalyst 交換機）中，以便能夠在沒有路由器的情況下進行第 3 層資料包的交換。RSM 使第 2 層交換機成為多層交換機，並將第 2 層和第 3 層功能整合到一個機箱中。5000 系列使用 RSM 或路由交換功能卡 (RSFC)，而 6000 系列使用多層交換模組 (MSM) 來執行此功能。RSM、RSFC 和 MSM 在交換機上的配置方式完全相同。RSM 是直接插入交換機的模組，它執行 Cisco IOS 以執行 VLAN 間通訊。5000 系列交換機將 RSM 視為單箇中繼埠和單個 MAC 地址。換句話說，它在交換機上看起來像一個“棍子上的路由器”。RSM 與交換機的介面透過 VLAN 0 和 VLAN 1 實現。管理員無法訪問 VLAN 0。RSM 使用兩個通道，VLAN 0 對映到通道 0，它支援 RSM 與 Catalyst 5000 系列預設 VLAN (VLAN 1) 之間的通訊。VLAN 1 對映到通道 1。分配給 RSM 的 MAC 地址來自線路通訊處理器 (LCP) 上的可程式設計只讀儲存器 (PROM)。此 MAC 地址用於識別 RSM 的插槽並進行診斷。VLAN 1 的 MAC 地址從包含 512 個 MAC 地址的 PROM 中分配。除了 VLAN 0 之外的所有路由介面都使用基本 MAC 地址。RSFC 是 Supervisor Engine II G 和 Supervisor III G 卡的子卡。RSFC 是執行 Cisco IOS 的功能齊全的路由器。MSM 使用四個全雙工千兆乙太網介面連線到交換機，看起來像交換機上的外部路由器。這四個介面可以是四個不同 VLAN 的四個獨立鏈路，或者可以進行捆綁並配置為一個執行 EtherChannel 和 ISL 或 802.1q 的負載均衡鏈路。然後使用子介面來配置每個 VLAN。