三层交换机转发原理与实验（三层交换技术原理，MLS条目，虚接口详解与配置）

前言

三层交换技术的前身是单臂路由，三层交换机就是具有部分路由器功能的交换机，工作在OSI网络标准模型的第三层：网络层。三层交换机的最重要目的是加快大型局域网内部的数据交换，所具有的路由功能也是为这目的服务的，能够做到一次路由，多次转发。

一：三层交换技术

1.1：三层交换机

三层交换技术能够实现VLAN之间的通信

解决了单臂路由的瓶颈（中继链路）

三层交换=二层交换+三层转发

三层交换是交换机的高级产品，自带三层转发功能，其中有三层引擎来进行数据转发，三层引擎转发过程只经过一次路由，其他全部都是在硬件层面上转发，所以效率很高。

1.2：MLS条目

三层交换机通过硬件来交换和路由选择数据包。为了在硬件中处理数据包的高层信息，Cisco Catalyst 交换机使用传统的MLS（Multilayer Switching，多层交换）体系结构或基于CEF（Cisco Express Forwarding， Cisco 快速转发）的MLS体系结构。传统的MLS是一种老式结构，而所有新型的Catalyst交换机都支持CEF多层交换。

如图：主机A 发送数据给 主机B

主机A 发送数据到达交换机，交换机查找MLS条目（FIB表+邻接关系表）后知道主机B的地址，就可以直接将数据发送给主机B了。此图中的路由器是虚拟的，即三层交换机中含有路由功能。

所以数据传输中只经过一次路由，其他都经由硬件层面上的转发。

所以可以总结为：一次路由，多次转发。

1.3： 三层交换原理

一次路由，多次交换

二：虚接口概述

我们知道路由器的物理接口上可以配置IP地址，那么交换机上面是否可以？答案是可以的。

2.1：配置虚接口

如果想要在三层交换机上配置IP地址，我们只能在VLAN上配置，所以就需要创建一个虚接口。

交换机配置IP地址后，就可以远程通信了。无论从哪个物理接口连接，只要该交换机可以正常通信且属于该VLAN，都可以远程访问管理交换机。

在三层交换机上配置的VLAN接口为虚接口
Switch（config）#interface vlan vlan-id    
例如：
Switch（config）#interface vlan 10

2.2：三层交换机VLAN间通信的转发过程

三层交换机具备路由功能，所以两个VLAN之间可以互相访问，每一个VLAN接口就是该网段的网关。

三：三层交换机配置

3.1：配置命令

在三层交换机上启动路由功能
Switch（config）#ip routing

配置虚接口的IP
Switch（config）#interface vlan vlan-id
Switch（config-if）#ip address ip_address netmask
Switch（config-if）#no shutdown

配置路由接口
Switch（config-if）#no switchport

四：三层交换机实验

4.1：实验目的

通过三层交换机，实现不同VLAN间的通信和局域网与广域网之间的通信

4.2：环境

GNS3软件

三台初始化主机

一台初始化二层交换机

一台初始化三层交换机

一台初始化运营商服务器

4.3：实验过程（十个步骤）

4.4：总结

1.路由器的直连地址和非直连地址都要添加上去，即添加静态路由。

2.三层交换机与广域网连接的接口，需要关闭二层接口（no switchport），因为试验中使用的是二层接口，当然也可以使用三层接口。