路由与交换 基础 6 Vlan 基础 3 三层交换
1) 什么是三层交换？
答：三层交换机把路由器的功能加到交换机，使得交换机能同时转发第二层的帧 （MAC地址），及第三层的数据包 (IP地址）。
2） 为什么要有三层交换？
答：交换机是个第二层的网络设备，可以把一个局网划分为几个虚拟局网 (VLAN), 互不干扰。但这也造成一个问题：怎么在不同的VLAN间转发数据包？
最初的解决方法是单臂路由器，这个路由器只有一条连线，用来和交换机相连，交换机接收前往另一个VLAN的数据包时，将其送往单臂路由器，路由转发到目的VLAN后，单臂路由器在把数据包交还给交换机，让它在第二个VLAN发送。但这样做又麻烦又贵，干脆把路由器的主要功能 （在第三层路由转发数据包）加到交换机。这就是三层交换机。
3）三层交换机的主要结构是什么？
答：三层交换机和二层交换机有两个地方不同：
- 路由功能。通常三层交换机把路由器的路由功能用硬件实现 (ASIC chip), 使得路由转发速度和二层交换速度一样快。
- VLAN虚拟接口。这个虚拟接口模拟VLAN trunk. 二层交换机配置了几个VLAN, 三层交换机就生成几个虚拟接口，换言之，每个VLAN都有一个相应的VLAN虚拟接口。但所有的虚拟接口共用一个虚拟MAC地址，起的骨干接口 (trunk link) 的作用。（二层交换机的骨干接口属于所有的VLAN, 但只有一个MAC地址。
4) Arp代理和三层交换有什么关系？
答：如图所示，当H1要ping H4 (分别在VLAN 2, 3) 而又不知道H4的MAC地址，得先发送ARP Request 查询。但Arp request查询的对象在不同的网段时，Arp request 无法被对象收到、这是因为在不同网段的主机得经路由器相连，而路由器会终止洪泛。Arp代理解决了这个问题，方法是让连接第一个网段的接口代表第二个网段，而连接第二个网段的接口代表第一个网段。三层交换机有路由器的功能，第一个局网的Arp request洪泛时不能逾越三层交换机到达第二个网段。三层交换用Arp代理来解决跨网段的问题。
5) H1 发Arp request 查H4的Mac，为什么三层交换后H4仍然没收到， 只有H2收到？
答： 作为三层交换机，S3也能二层交换。当S3收到H1的Arp request时，S3先用二层交换把此包洪泛到Vlan 2的两个接口，F0/2, Vlan2。以下我们兵分两路追踪下去：
- F0/2是个trunk接口，Arp request经S3.F0/2传送到S2, 又在S2的Vlan 2洪泛，经F0/1抵达H2.。H4在 Vlan 3, 不会收到这个的Arp request。
- Vlan2是个虚拟接口，Arp request经Vlan2交给三层交换，然后三层交换扮演了Arp代理，代表H4发送Arp reply给H1。（三层交换有路由器的功能，而路由器能做Arp代理）。 这两个活动都在Vlan 2之内发生。
附上三个交换机的配置：(以 Cisco 交换机为例)
1） 配置二层交换机S1
S1#conf t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
S1(config)#inter f0/1
S1(config-if)#switchport access vlan 2
S1(config-if)#inter f0/2
S1(config-if)#switchport access vlan 3
S1(config-if)#inter f0/3
S1(config-if)#switchport mode trunk
S1(config-if)#switchport trunk allow vlan all
S1(config-if)#exit
S1(config)#exit
S1#
2）配置二层交换机S2
S2#conf t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
S2(config)#inter f0/1
S2(config-if)#switchport access vlan 2
S2(config-if)#inter f0/2
S2(config-if)#switchport access vlan 3
S2(config-if)#inter f0/3
S2(config-if)#switchport mode trunk
S2(config-if)#switchport trunk allow vlan all
S2(config-if)#exit
S2(config)#exit
S2#3）配置三层交换机
3.1） 配置两个trunk接口, 分别连接到两个二层交换机。
S3#conf t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
S3(config)#inter f0/1
S3(config-if)#switchport mode trunk
S3(config-if)#switchport trunk allow vlan all
S3(config-if)#inter f0/2
S3(config-if)#switchport mode trunk
S3(config-if)#switchport trunk allow vlan all
S3(config-if)#exit
S3(config)#exit
S3#
3.2）配置两个虚拟VLAN接口： Vlan2， Vlan3
S3#conf t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
S3(config)#inter vlan 2
S3(config-if)#ip address 10.0.2.100 255.255.255.0
S3(config-if)#no shutdown
S3(config-if)#inter vlan 3
S3(config-if)#ip address 10.0.3.100 255.255.255.0
S3(config-if)#no shutdown
S3(config-if)#exit
S3(config)#exit
S3#
3.3）启动路由
S3#conf t
Enter configuration commands, one per line. End with CNTL/Z.
S3(config)#ip routing
S3(config)#exit
S3#
S3#sh ip route
10.0.0.0/24 is subnetted, 2 subnets
C 10.0.2.0 is directly connected, Vlan2
C 10.0.3.0 is directly connected, Vlan3
S3#