三层交换机的工作原理和实现方式

一、三层交换机

三层交换技术

使用三层交换技术实现vlan间通信

三层交换=二层交换+三层转发

三层交换机要执行三层信息的硬件交换，路由处理器(三层引擎)必须将有关路由选择等的三层信息下载到硬件中。以便对数据包进行过处理。为完成在硬件中处理数据包的高层信息，会使用传统的MLS和基于CEF的MLS。

三层交换机的实现方式

传统的MLS

“一次路由多次交换”

基于CEF的MLS

CEF预先根据路由表学习路由信息后，直接储存在FIB (转发信息库)。REF预先根据ARP表生成邻接表， 直接由硬件进行转发。

工作原理

三层交换机在网络层

①主机A给B发送单播数据包

②交换机查找FIB表，找到下一跳地址

③查找下一跳地址对应的邻接关系的2层封装信息

④转发

二、补充

三层交换机的原理

第三层交换工作在网络层，是利用第三层协议中的IP包的包头信息来对后续数据业务流进行标记，具有同一标记的业务流的后续报文被交换到第三层数据链路层，从而打通源IP地址和目的IP地址之间的一条通路。这条通路经过第二层链路层。 有了这条通路， 三层交换机就没有必要每次将接收到的数据包进行拆包来判断路由，而是直接将数据包进行转发，将数据流进行交换。

其原理是: 假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A要向“缺省网关”发出ARP (地址解析)封包，而“缺省网关”的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。当发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出-一个ARP请求时， 如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。否则三层交换模块根据路由信息向B站广播.个ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。从这以后，当A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因此三层交换机的速度很快，接近三层交换机的速度，同时比相同路由器的价格低很多。

路由器与交换机

二层交换机是看MAC地址，三层交换机则是看IP地址进行高速转发。

那这有什么缺点呢?缺点只会通过MAC/IP地址来转发数据，确实不占用CPU但也没什么灵活性。

路由器是跨网段转发数据，但路由器真正的用途是计算路由。网络发生变化，比如增加节点或者线路出现故障，那就要路由器来重新计算。由于路由协议不同，一部分节点甚至全部节点都要重新计算到其他节点的路由。

三、实验配置

1.准备2台PC机和一台三层交换机

2.分别配置PC1和PC2

3.配置三层交换机

 

[]vlan bat 2 4    //一次性创建v1an2和vlan 4
[]int g0/0/1      //进入接口g0/0/1
 port link- type access   //接口链路类型为access
 port default vlan 2      //将g0/0/1划分 进vlan 2
[]int vlan 2              //进入虚拟接口vlanif 2
  ip address 192. 168.2.1 24   //设置ip地址和子网掩码长度
[]int g0/0/2                   //进入接口g0/0/2
  port 1ink -type access       //接口链路类型为access
  port default vlan 4.         //将g0/0/2划分进vlan 4
[]int vlan 4                   //进入虚拟接口vlanif 4
ip address 192. 168.4.1 24  //设置ip地址和子网掩码长度
PC机配置:
PC1 ip 192.168.2.10 255.255.255.0  网关指向192.168.2.1 
//PC1IP设置为192.168.2.10，网关指向192.168.2.1
PC2 ip 192.168.4.10 255.255. 255.0  网关指向 192.168.4.1 
//PC2IP设置为192.168.4.10，网关指向192.168.4.1

 

4.测试

用PC1链接pc2，ping192.168.4.10，链接成功

总结：

本次就是内容稍微拗口一些，晦涩难懂，但是多做读几遍，完全可以明白，后面的小实验更容易做一些。

　　审核编辑：汤梓红