二、三层交换机工作原理

一、二层交换机

1、基本作用

交换机工作在二层，可以用来隔离冲突域，在OSI参考模型中，二层(数据链路层)的作用是寻址，这边寻址指的是MAC地址，而交换机就是对MAC地址进行转发，在每个交换机中，都有一张MAC地址表，这个表是交换机自动学习的，所以，总得来说交换机的作用是寻址和转发。

2、基本功能

(1) 无限的传输距离
(2)提高端口密度—可以增加更多的接口
(3) 彻底解决了冲突—所有的接口可以同时收发数据
(4) 二层单播—物理寻址，在一个交换网络内，实现一对一通讯，保障了数据的安全，减少了垃圾数据量，降低的转发延时；

3、工作原理

转发机制：

1. 流量进入交换机后，先识别数据帧中的源MAC地址，然后将该MAC地址与该流量的进入接口进行绑定、记录，生成MAC地址表——再转换为CAM表
2. 然后查看数据帧中的目标MAC地址，在CAM表中寻找对应的记录，若存在记录，按记录接口单播转发；
3. 若没有记录将洪泛该流量； 洪泛——除流量的入口外其他所有出口复制；
4. 默认CAM在一个mac最后出现之后300s将被删除；

注：MAC地址表和CAM的区别------CAM是将MAC表中的MAC地址+接口编号+vlanid转换为hash值，再转换为二进制；意义在于识别更快；

二、三层交换机

三层交换机与二层交换机相比是可以处理三层数据的，可以识别三层数据包.
“一次路由，多次交换”基本概括了三层交换机的原理，通过这句话可以把三层交换机剖析清楚。

1、工作原理

• 当一个三层数据包进入三层交换机以后，会查看路由表，即“一次路由”，查找出接口和下一跳，之后会找到下一跳的MAC地址，进行二层封装的变换，和三层设备即路由器的本质是一样的（三层的本质：是把一个子网的MAC迁移到另外一个子网，不同子网的MAC不可能会出现在同一个包的源目MAC上，把原有的二层封装去掉，封装上新的MAC地址，源是出接口的MAC地址，目的是下一跳的MAC地址，此时新的二层封装形成，数据包转发出设备），完成一次“路由器”的工作
• 如果找不到下一跳的MAC地址，进行ARP洪范，再找不到就丢弃。在做二层封装的时候，因为有目标MAC的存在，所以也可以说是三层的目标IP最后会映射到目标MAC上，此时会形成一个目标IP和封装目标MAC的映射，而三层交换机具有二层交换机的功能，则此时就形成了三层到二层的一个映射，转发一定是要找到接口，通过IP找到MAC，通过MAC找到对应出接口，这就相当于形成了一个IP的MAC表，那么三层IP进来以后就直接会找到对应的出接口，数据包就不需要再查看数据表，只需要变换一次二层封装就可以了。

2、工作过程

三层路由器的工作顺序就是：数据包进来—查看路由表—变换二层封装—数据包出去，三层交换机帮助路由器节约了一步，就是查看路由表的步骤，此步骤的省略会节约大量的时间，简化工作过程，即“多次交换”，一个IP对应一个接口，就和二层交换机的MAC表有一些类似了，是一种交换能力，省略了路由器递归查找的环节，这就是三层交换机的工作过程。

总的来说，三层交换机最突出的地方就是

• “一次路由，多次交换”
• 第一次路由本质上找到了IP和接口的对应关系
• 直接利用IP和接口的对应关系进行数据交换，省掉了查找路由表的环节。

注：本质上三层交换机和路由器还是有一些区别的，三层交换机因为帮助路由器省掉了查找路由表的环节，所以工作速度会比路由表快