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詳析三層交換原理
三層交換原理一直是許多讀者朋友最難理解的，在日常的讀者交流中也經(jīng)常見到有讀者提出這方面的問題，特別是三層交換與路由原理方面的區(qū)別與聯(lián)系。下面就跟小編一起了解一下三層交換機(jī)的原理吧！
三層交換原理
二層交換機(jī)的二層數(shù)據(jù)交換一般都是使用ASIC(Application Specific Integrated Circuit ，專用集成電路)的硬件芯片中的CAM表來實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)槭怯布D(zhuǎn)發(fā)，所以轉(zhuǎn)發(fā)性能非常高。而三層交換機(jī)的三層轉(zhuǎn)發(fā)也是依靠ASIC芯片完成的(路由器的路由功能主要依靠CPU軟件進(jìn)行的)，但其中除了二層交換用的CAM表外，還保存有專門用于三層轉(zhuǎn)發(fā)的三層硬件轉(zhuǎn)發(fā)表。
三層交換機(jī)的三層交換原理比較復(fù)雜，不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下、不同廠家的三層交換機(jī)的三層交換流程都不完全相同。如圖7-55所示的僅一個(gè)直接連接在一臺三層交換機(jī)上的兩個(gè)不同網(wǎng)段主機(jī)三層交換的基本流程，各主要步驟解釋如下：
(1)源主機(jī)在發(fā)起通信之前，將自己的IP地址與目的主機(jī)的IP地址進(jìn)行比較，如果源主機(jī)判斷目的主機(jī)與自己位于不同網(wǎng)段時(shí)，它需要通過網(wǎng)關(guān)來遞交報(bào)文的，所以它首先需要通過一個(gè)ARP請求報(bào)文獲取網(wǎng)關(guān)的MAC地址(在源主機(jī)不知道網(wǎng)關(guān)MAC地址的情形下)，即源主機(jī)先發(fā)送ARP請求幀以獲取網(wǎng)關(guān)IP地址對應(yīng)的MAC地址。
(2)網(wǎng)關(guān)在收到源主機(jī)發(fā)來的ARP請求報(bào)文后以一個(gè)ARP應(yīng)答報(bào)文進(jìn)行回應(yīng)，在應(yīng)答報(bào)文中的“源MAC地址”就包含了網(wǎng)關(guān)的MAC地址。
(3)在得到網(wǎng)關(guān)的ARP應(yīng)答后，源主機(jī)再用網(wǎng)關(guān)MAC地址作為報(bào)文的“目的MAC地址”，以源主機(jī)的IP地址作為報(bào)文的“源IP地址”，以目的主機(jī)的IP地址作為“目的IP地址”，先把發(fā)送給目的主機(jī)的數(shù)據(jù)發(fā)給網(wǎng)關(guān)。
三層交換基本流程
(4)網(wǎng)關(guān)在收到源主機(jī)發(fā)送給目的主機(jī)的數(shù)據(jù)后，由于查看得知源主機(jī)和目的主機(jī)的IP地址不在同一網(wǎng)段，于是把數(shù)據(jù)報(bào)上傳到三層交換引擎(ASIC芯片)，在里面查看有無目的主機(jī)的三層轉(zhuǎn)發(fā)表。
(5)如果在三層硬件轉(zhuǎn)發(fā)表中沒有找到目的主機(jī)的對應(yīng)表項(xiàng)，則向CPU請求查看軟件路由表，如果有目的主機(jī)所在網(wǎng)段的路由表項(xiàng)，則還需要得到目的主機(jī)的MAC地址，因?yàn)閿?shù)據(jù)包在鏈路層是要經(jīng)過幀封裝的。于是三層交換機(jī)CPU向目的主機(jī)所在網(wǎng)段發(fā)送一個(gè)ARP廣播請求包，以獲得目的主機(jī)MAC地址。
(6)交換機(jī)獲得目的主機(jī)MAC地址后，向ARP表中添加對應(yīng)的表項(xiàng)，并轉(zhuǎn)發(fā)由源主機(jī)到達(dá)目的主機(jī)的靈氣包。同時(shí)三層交換機(jī)三層引擎會結(jié)合路由表生成目的主機(jī)的三層硬件轉(zhuǎn)發(fā)表。
以后到達(dá)目的主機(jī)的數(shù)據(jù)包就可以直接利用三層硬件轉(zhuǎn)發(fā)表中的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，不用再查看CPU中的路由表了。
以上流程適用位于不同VLAN(網(wǎng)段)中的主機(jī)互訪時(shí)屬于這種情況，這時(shí)用于互連的交換機(jī)作三層交換轉(zhuǎn)發(fā)。這就是“一次路由，多次交換”的原理。
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