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三層交換技術(shù)解析

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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)必須依靠路由器進行治理的局面 ， 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)必須依靠路由器進行治理的局面 ， 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 。
三層交換原理
一個具有三層交換功能的設(shè)備 ， 是一個帶有第三層路由功能的第二層交換機 ， 但它是二者的有機結(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)交換機上 。
其原理是：假設(shè)兩個使用IP協(xié)議的站點A、B通過第三層交換機進行通信 ， 發(fā)送站點A在開始發(fā)送時 ， 把自己的IP地址與B站的IP地址比較 ， 判定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) ， 則進行二層的轉(zhuǎn)發(fā) 。若兩個站點不在同一子網(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地址其實是三層交換機的三層交換模塊 。當(dāng)發(fā)送站A對“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址廣播出一個ARP請求時 ， 假如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?jǐn)?shù)據(jù)都通過二層交換轉(zhuǎn)發(fā) ， 因此三層交換機的速度很快 ， 接近二層交換機的速度 ， 同時比相同路由器的價格低很多 。
三層交換機種類
三層交換機可以根據(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 。其原理是 ， 采用ASIC芯片 ， 采用硬件的方式進行路由表的查找和刷新 。如圖1所示 。
圖1 純硬件三層交換機原理
當(dāng)數(shù)據(jù)由端口接口芯片接收進來以后 ， 首先在二層交換芯片中查找相應(yīng)的目的MAC地址 ， 假如查到 ， 就進行二層轉(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 ， 得到該主機的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 。
圖2 軟件三層交換機原理
當(dāng)數(shù)據(jù)由端口接口芯片接收進來以后 ， 首先在二層交換芯片中查找相應(yīng)的目的MAC地址 ， 假如查到 ， 就進行二層轉(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 ， 然后發(fā)送ARP數(shù)據(jù)包到目的主機得到該主機的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 。因為低價CPU處理速度較慢 ， 因此這種三層交換機處理速度較慢 。

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