三层交换的原理

一.三层交换技术

1.什么是三层交换机

要实现vlan间通信，就需要路由，解决办法要么是二层交换机加路由器形成单臂路由，要么就是直接使用三层交换机。

①什么是单臂路由：

②单臂路由实现不同vlan间通信的原理：

路由器重新封装mac地址，转换vlan标签

③单臂路由缺点：

①“单臂”为网络骨干链路，容易形成网络瓶颈。

②子接口依托于物理接口，应用不灵活。

③vlan间转发需要查看路由表，浪费资源。

2.三层交换机

三层交换机：本质上就是“带有路由功能的（二层）交换机”。路由属于OSI参考模型中第三层网络层功能，因此被称为“三层交换机”。

①三层交换机原理

使用三层交换技术实现不同vlan之间的通信

三层交换 = 二层交换 + 三层转发

原理：当三层设备接收到一个数据帧，会拆除源数据帧，重新封装新的源MAC地址和目标MAC地址，并且因为帧头部的信息发生变化，最后的帧校验CRC也应当随之改变。

在这个数据流中的多个数据包，其中只有第一个数据包是由三层交换的三层引擎来处理的，处理方式是软件方式，与路由器相同，三层引擎获取了新的2层封装信息后，路由这个数据包。

②三层交换机硬件转发原理

一次路由 多次交换

只会查找一次路由表，然后形成mis条目，后续的包按照mis条目转发

二.三层交换机实现方式

1.传统的MLS

一次路由，多次交换

使用传统的MLS时，交换机将数据流中的第一个数据包转发给第三层引擎，后者以软件交换的方式对数据包进行处理。对数据流中的第一个数据包进行处理后，第三层引擎对硬件交换组织进行编程，是之为后续的数据包选择路由。

这个过程被称为“一次路由，多次交换”，也就是说交换机的三层引擎只需要处理数据流中的第一个数据包，而后续的数据全部由硬件来执行转发。这样实现了三层交换的线速转发。

2.基于CEF的MLS

与传统的MLS不同的是，CEF预先根据路由表（ip地址与接口对应关系）学习路由信息后，直接存储在FIB（转发信息库）。CEF预先根据ARP表（ip地址与MAC地址对应关系）生成邻接关系表，直接由硬件进行转发，传统的MLS至少需要软件查询一次路由表后，建立转发条目，才能使用硬件进行转发。
FIB（转发信息库）：IP 地址与VLAN ID对应关系

邻接关系表：邻接主机和交换机MAC地址的对应关系

三.虚接口

三层交换机具备路由功能，所以两个vlan之间可以相互访问，每一个vlan虚接口就是网段的网关。

四.总结

①：VLAN是交换机的逻辑划分：划分广播、安全、简化管理

②：Trunk简化网络结构：实现同Vlan跨交换机互通

③：三层交换机的特点和原理：一次路由、多次交换

④：三层交换机实现不同Vlan间互通

⑤：三层交换机多用于核心层：路由功能 + 高速转发

⑥：三层交换机具有路由功能可以转发数据，IP地址是配置再虚拟接口上而不是物理接口上，物理接口对接交换机的配置Trunk，对接PC机的配置Access。