VLAN专题之七：三层交换机

使用路由器进行 VLAN 间路由时的问题

现在，我们知道只要能提供 VLAN 间路由，就能够使分属不同 VLAN 的计算机互相通信。但是，如果使用路由器进行 VLAN 间路由的话，随着 VLAN 之间流量的不断增加，很可能导致路由器成为整个网络的瓶颈 。

交换机使用被称为 ASIC （ Application Specified Integrated Circuit ）的专用硬件芯片处理数据帧的交换操作，在很多机型上都能实现以缆线速度（ Wired Speed ）交换。而路由器，则基本上是基于软件处理的。即使以缆线速度接收到数据包，也无法在不限速的条件下转发出去，因此会成为速度瓶颈。就 VLAN 间路由而言，流量会集中到路由器和交换机互联的汇聚链路部分，这一部分尤其特别容易成为速度瓶颈。并且从硬件上看，由于需要分别设置路由器和交换机，在一些空间狭小的环境里可能连设置的场所都成问题。

 

三层交换机（ Layer 3 Switch ）

为了解决上述问题，三层交换机应运而生。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 参照模型中第三层网络层的功能，因此带有第三层路由功能的交换机才被称为“三层交换机”。

关于三层交换机的内部结构，可以参照下面的简图。

在一台本体内，分别设置了交换机模块和路由器模块；而内置的路由模块与交换模块相同，使用 ASIC 硬件处理路由 。因此，与传统的路由器相比，可以实现高速路由。并且，路由与交换模块是汇聚链接的，由于是内部连接，可以确保相当大的带宽。

使用三层交换机进行 VLAN 间路由（ VLAN 内通信）

在三层交换机内部数据究竟是怎样传播的呢？基本上，它和使用汇聚链路连接路由器与交换机时的情形相同。

假设有如下图所示的 4 台计算机与三层交换机互联。当使用路由器连接时，一般需要在 LAN 接口上设置对应各 VLAN 的子接口；而三层交换机则是在内部生成“ VLAN 接口（ VLAN Interface ）” 。 VLAN 接口，是用于各 VLAN 收发数据的接口。（注：在 Cisco 的 Catalyst 系列交换机上， VLAN Interface 被称为 SVI ―― Switched Virtual Interface ）

为了与使用路由器进行 VLAN 间路由对比，让我们同样来考虑一下计算机 A 与计算机 B 之间通信时的情况。首先是目标地址为 B 的数据帧被发到交换机；通过检索同一 VLAN 的 MAC 地址列表发现计算机 B 连在交换机的端口 2 上；因此将数据帧转发给端口 2 。

 

使用三层交换机进行 VLAN 间路由（ VLAN 间通信）

接下来设想一下计算机 A 与计算机 C 间通信时的情形。针对目标 IP 地址，计算机 A 可以判断出通信对象不属于同一个网络，因此向默认网关发送数据（ Frame 1 ） 。

交换机通过检索 MAC 地址列表后，经由内部汇聚链接，将数据帧转发给路由模块。在通过内部汇聚链路时，数据帧被附加了属于红色 VLAN 的 VLAN 识别信息（ Frame 2 ） 。

路由模块在收到数据帧时，先由数据帧附加的 VLAN 识别信息分辨出它属于红色 VLAN ，据此判断由红色 VLAN 接口负责接收并进行路由处理 。因为目标网络 192.168.2.0/24 是直连路由器的网络、且对应蓝色 VLAN ；因此，接下来就会从蓝色 VLAN 接口经由内部汇聚链路转发回交换模块。在通过汇聚链路时，这次数据帧被附加上属于蓝色 VLAN 的识别信息（ Frame 3 ） 。

交换机收到这个帧后，检索蓝色 VLAN 的 MAC 地址列表，确认需要将它转发给端口 3 。由于端口 3 是通常的访问链接，因此转发前会先将 VLAN 识别信息除去（ Frame 4 ）。最终，计算机 C 成功地收到交换机转发来的数据帧。

整体的流程，与使用外部路由器时的情况十分相似――都需要经过发送方 → 交换模块 → 路由模块 → 交换模块 → 接收方 。