交换机与路由技术-13-三层交换

目录

一、三层交换

1.1 三层交换概念

1.2 传统的三层交换MLS

1.3 基于CEF的三层交换

1.3.1维护的两张表

1.3.2 工作原理

二、虚接口引入

2.1 场景一：三层交换机上的接口属于不同的VLAN

2.2 场景二：三层交换机上所有接口属于Trunk口

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回顾

虚拟局域网VLAN，在同一交换机中划分广播域、相同VLAN可以通信，不同VLAN不能通信

VLAN trunk 相同VLAN跨交换机通信、不同VLAN不能通信

为了解决不同VLAN间通信，使用单臂路由，在路由器上划分子接口，封装VLAN，不同子接口作为不同VLAN网关。

一、三层交换

目标

1. 理解三层交换机转发原理
2. 会配置三层交换机实现不同VLAN间通信
3. 会在三层交换机上配置DHCP，使客户机自动获取IPv4参数

课程引入

前面讲解的单臂路由，通过在物理接口划分逻辑子接口，每个子接口作为一个VLAN的网关，实现不同VLAN的通信，但是划分子接口是依托于物理接口，所有的VLAN流量都会通过一个物理接口进行转发，这样物理接口压力过大容易造成网络拥塞

单臂路由主要是利用路由器的转发，每一次数据来了之后都需要进行路由，工作量会很大

1.1 三层交换概念

三层交换技术就是：二层交换技术+三层转发技术，解决了局域网中，网段划分后，子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题

既可以划分VLAN，又可以实现路由转发，也是用于解决不同VLAN通信问题。

1.2 传统的三层交换MLS

传统的MSL、交换机将数据流中第一个数据包转发给三层引擎，后者以软件交换的方式对数据包进行处理。对数据流中第一个包进行路由处理后，三层引擎对硬件交换组织进行编程，使之为后续的数据包选择路由，这个过程称为一次路由多次交换，也就是说交换机的三层引擎只需要处理数据流中第一个数据包，后续数据包全部由硬件来执行转发，这样就实现了三层交换的线速转发

三层交换机上、三层引擎处理数据流第一个包

交换机从三层引擎获悉二层重写信息，在硬件中创建三层交换的条目 负责重写和后续转发数据流中的后续数据包

该过程称为：一次路由多次交换。

我的理解

如图：位于VLAN 1 的PC向位于VLAN 2的PC发送一个数据，当数据帧到达三层交换机，会打上VLAN 1的标签，查看源MAC地址有没有在自己表中，没有就记录学习到表中（接口---MAC—VLAN 1），再查看目的MAC地址，发现不是在同一个广播域中，将数据流中第一个数据包交给三层引擎进行处理，三层引擎查看目的IP，进行路由寻址，完成后重新进行二层封装，并通过对应接口转发，当VLAN 2的PC回应三层交换机时，此时在三层交换机形成的三层交换条目表：0/1 1.1 11-11 vlan 1、0/2 2.1 22-11 vlan 2 下一次当vlan 1 的这台PC再向VLAN 2的那台PC发送数据时，直接进行二层转发，不会经过路由，称为一次路由多次交换。

1.3 基于CEF的三层交换

（目前最常用）

与传统的三层交换机不同的是，CEF预先根据路由表学习路由信息后存储在FIB（转发信息库），REF预先根据ARP表（IP地址—MAC地址）生成邻接表，直接进行硬件转发。传统的三层交换至少需要软件查询一次路由表后才能建立转发条目，才能使用硬件转发

1.3.1维护的两张表

转发信息库（FIB） 相当于路由表

邻接关系表（MAC地址信息）

1.3.2 工作原理

1主机A向主机B发送单播数据包

2三层交换机查找FIB表（类似路由表），找到下一跳地址

3三层交换机查找下一条地址对应的MAC地址

4直接进行硬件转发

二、虚接口引入

2.1 场景一：三层交换机上的接口属于不同的VLAN

主机A发送数据给主机B，主机A是属于vlan10的，主机B是属于·vlan 20的，主机A发送数据进入三层交换机VLAN 10接口，引入三层交换机的vlan 10虚接口，由vlan 10 虚接口转发到vlan 20虚接口，再通过属于vlan 20的物理接口直接转发出去。

2.2 场景二：三层交换机上所有接口属于Trunk口

Trunk不能连接主机，因为主机只能属于某一个VLAN

主机A发送数据给主机C，主机A属于VLAN 10 主机C属于VLAN 30, 三层交换所有接口属于trunk口，所以主机和三层交换机之间应该使用二层交换机来连接，图中未展示，二层交换机区分不同的vlan 并打上vlan标签，三层交换机因为接口都是trunk，能接收所以的vlan数据，主机A通过二层交换机后打上vlan 10标签，通过二层交换转发给三层交换机，三层交换机通过trunk口接收到二层交换机发送来的数据，拆掉标签，根据目的IP发现是发送vlan 30 的数据，打上vlan 30 的标签，通过trunk口转发出去，通过二层交换机接收三层交换机发送的数据，到达二层交换机后，发现是发往vlan 30 发数据，拆除标签，通过对应接口转发给主机C