三層交換技術(shù)解析剖析

1、三層交換技術(shù)解析簡單地說，三層交換技術(shù)就是：二層交換技術(shù)三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。它解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng) 段中子網(wǎng)必須依賴路由器進(jìn)行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復(fù)雜所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題。什么是三層交換三層交換（也稱多層交換技術(shù)，或 IP 交換技術(shù)）是相對于傳統(tǒng)交換概念而提出的。眾所周知，傳統(tǒng)的 交換技術(shù)是在 OSI 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型中的第二層 數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行操作的， 而三層交換技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)模型中 的第三層實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。簡單地說，三層交換技術(shù)就是：二層交換技術(shù)三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。三層交換技術(shù)的出現(xiàn)，解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進(jìn)行管理的局面， 解決了傳統(tǒng)路由器低速、復(fù)

2、雜所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題。三層交換原理一個(gè)具有三層交換功能的設(shè)備， 是一個(gè)帶有第三層路由功能的第二層交換機(jī)， 但它是二者的有機(jī)結(jié)合， 并不是簡單地把路由器設(shè)備的硬件及軟件疊加在局域網(wǎng)交換機(jī)上。其原理是：假設(shè)兩個(gè)使用 IP 協(xié)議的站點(diǎn) A、B 通過第三層交換機(jī)進(jìn)行通信， 發(fā)送站點(diǎn) A 在開始發(fā)送時(shí)， 把自己的 IP 地址與 B 站的 IP 地址比較，判斷 B 站是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。若目的站 B 與發(fā)送站 A 在 同一子網(wǎng)內(nèi)，則進(jìn)行二層的轉(zhuǎn)發(fā)。若兩個(gè)站點(diǎn)不在同一子網(wǎng)內(nèi)，如發(fā)送站 A 要與目的站 B 通信，發(fā)送站 A 要向 缺省網(wǎng)關(guān)”發(fā)出ARP（地址解析）封包，而缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址其實(shí)是三層交換

3、機(jī)的三層交換模塊。當(dāng)發(fā)送站 A 對“缺省網(wǎng)關(guān) ”的 IP 地址廣播出一個(gè) ARP 請求時(shí)，如果三層交換模塊在以前的通信過程中已經(jīng)知 道B站的MAC地址，則向發(fā)送站 A回復(fù)B的MAC地址。否則三層交換模塊根據(jù)路由信息向B站廣播一個(gè) ARP 請求， B 站得到此 ARP 請求后向三層交換模塊回復(fù)其 MAC 地址， 三層交換模塊保存此地址并回復(fù) 給發(fā)送站 A, 同時(shí)將 B 站的 MAC 地址發(fā)送到二層交換引擎的 MAC 地址表中。從這以后，當(dāng) A 向 B 發(fā)送的 數(shù)據(jù)包便全部交給二層交換處理，信息得以高速交換。由于僅僅在路由過程中才需要三層處理，絕大部分 數(shù)據(jù)都通過二層交換轉(zhuǎn)發(fā)，因此三層交換機(jī)的速度

4、很快，接近二層交換機(jī)的速度，同時(shí)比相同路由器的價(jià) 格低很多。三層交換機(jī)種類三層交換機(jī)可以根據(jù)其處理數(shù)據(jù)的不同而分為純硬件和純軟件兩大類。（1 ）純硬件的三層技術(shù)相對來說技術(shù)復(fù)雜，成本高， 但是速度快， 性能好， 帶負(fù)載能力強(qiáng)。 其原理是，采用 ASIC 芯片，采用硬件的方式進(jìn)行路由表的查找和刷新。如圖 1 所示。圖1純硬件三層交換機(jī)原理三JS引蔡AS>GCPU Port y/'- A PortARP / / B pOrt/RPfeE PertEJ Pef tMAC査路由歳帝珊仃CHKACA PortARP包需口 B話口人當(dāng)數(shù)據(jù)由端口接口芯片接收進(jìn)來以后，首先在二層交換芯片中查找相

5、應(yīng)的目的MAC地址，如果查到，就進(jìn)行二層轉(zhuǎn)發(fā)，否則將數(shù)據(jù)送至三層引擎。在三層引擎中，ASIC芯片查找相應(yīng)的路由表信息，與數(shù)據(jù)的目的IP地址相比對，然后發(fā)送 ARP數(shù)據(jù)包到目的主機(jī)，得到該主機(jī)的 MAC地址，將MAC地址發(fā)到二 層芯片，由二層芯片轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包。（2 ）基于軟件的三層交換機(jī)技術(shù)較簡單，但速度較慢，不適合作為主干。其原理是，采用CPU用軟件的方式查找路由表。如圖 2所示。"PUCMJ Pert " / A PortWfc! ./ / yofT/ MAC、f!L 三器交換 式茜片A Pert 占 PortCPU PortAW*包B PortMAC 妙表杳SWITCH NACA PortARPfel圖2軟件三層交換機(jī)原理當(dāng)數(shù)據(jù)由端口接口芯片接收進(jìn)來以后，首先在二層交換芯片中查找相應(yīng)的目的MAC地址，如果查到,就進(jìn)行二層轉(zhuǎn)發(fā)否則將數(shù)據(jù)送至 CPU。CPU查找相應(yīng)的路由表信息，與數(shù)據(jù)的目的IP地址相比對