了解三層交換機(jī)基本特點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)技術(shù)大飛躍，三層交換機(jī)基本特點(diǎn)運(yùn)用不當(dāng)導(dǎo)致很多簡(jiǎn)單問(wèn)題都不會(huì)設(shè)置，接下來(lái)讓我們深入探究不能上網(wǎng)原因，以及給出的一些解答，讓你在三層交換機(jī)使用上進(jìn)行合理的設(shè)置，最終解決相關(guān)問(wèn)題。

在概述部分中，我們給出了三層交換機(jī)基本特點(diǎn)綜述，主要有下列特點(diǎn)：
◆二層交換和三層互通
◆實(shí)現(xiàn)三層精確匹配查詢(xún)
◆專(zhuān)門(mén)針對(duì)局域網(wǎng)，特別是以太網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化
◆引入了一些在二層交換機(jī)和三層路由器上都不存在的特性
◆實(shí)現(xiàn)了初步的BAS功能

一般來(lái)說(shuō)，只要能做到第一點(diǎn)，就可以稱(chēng)為三層交換機(jī)了，但目前大多數(shù)流行的三層交換機(jī)都不局限于第一點(diǎn)，而是實(shí)現(xiàn)了上述的大部分功能。因此，為了更好的理解三層交換機(jī)，接下來(lái)我們對(duì)上述特點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)講述。

二層交換和三層互通

三層交換機(jī)首先是一個(gè)交換機(jī)，即完成二層交換功能。在以太網(wǎng)上，跟普通的二層交換機(jī)一樣，三層交換機(jī)也維護(hù)一張用于二層交換的地址表（通常稱(chēng)為CAM 表），該表是MAC地址與出接口的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

這樣每當(dāng)接收到一個(gè)以太網(wǎng)數(shù)據(jù)幀，三層交換機(jī)判斷如果該數(shù)據(jù)幀不是發(fā)送給自己的（這個(gè)概念很重要，至于三層交換機(jī)基本特點(diǎn)怎么判斷，在下面的講述中會(huì)詳細(xì)說(shuō)明），則根據(jù)數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址查詢(xún)CAM表，如果能命中（所謂命中，就是在CAM表中找到與該MAC地址對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)），則根據(jù)查詢(xún)的結(jié)果，通常是一個(gè)出接口列表，來(lái)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。如果不能命中，則向所有端口廣播該數(shù)據(jù)幀。

交換機(jī)的這張CAM表可以通過(guò)多種方式獲得，比如靜態(tài)配置，動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)，針對(duì)多播還可以通過(guò)各種多播協(xié)議，比如IGMP窺探，GMRP協(xié)議等方式獲得（注意，多播轉(zhuǎn)發(fā)表不能通過(guò)學(xué)習(xí)獲得，而且多播轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)跟普通轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)不同的是，跟其對(duì)應(yīng)的出口可能不止一個(gè)，而是一個(gè)出口集合，如果想詳細(xì)了解多播的一些基礎(chǔ)概念，請(qǐng)參考前面的專(zhuān)題資料）。但對(duì)于單播，最重要的一種建立方式是學(xué)習(xí)。

當(dāng)交換機(jī)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀，提取出該數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址，并依此為根據(jù)進(jìn)行CAM表查詢(xún)，如果能查找到結(jié)果，則根據(jù)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)，如果不能命中，則（向除接收端口外的）所有端口進(jìn)行復(fù)制。

在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的同時(shí)，交換機(jī)還進(jìn)行一個(gè)學(xué)習(xí)的過(guò)程，交換機(jī)把數(shù)據(jù)幀的源MAC地址提取出來(lái)，查詢(xún)CAM 表，看CAM表中是否有針對(duì)該MAC地址的轉(zhuǎn)發(fā)項(xiàng)，如果沒(méi)有，則把該MAC地址和接收到該MAC地址的端口綁定起來(lái)，插入CAM表項(xiàng)，這樣當(dāng)接收到一個(gè)發(fā)送到該MAC地址的數(shù)據(jù)幀時(shí)，就不需要向所有端口廣播，而僅僅向這一個(gè)端口發(fā)送即可。

需要注意的是，數(shù)據(jù)幀的轉(zhuǎn)發(fā)是依據(jù)目的MAC地址查詢(xún)CAM表，而 CAM表的學(xué)習(xí)則是以源MAC地址為依據(jù)。交換機(jī)動(dòng)態(tài)學(xué)習(xí)的CAM表項(xiàng)并不是一成不變的，而是啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，當(dāng)該定時(shí)器遞減到零時(shí)，該CAM表項(xiàng)被刪除，每使用一次該CAM表項(xiàng)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，則恢復(fù)定時(shí)器初始值。

上述情況是沒(méi)有VLAN的工作過(guò)程，現(xiàn)在的交換機(jī)一般都實(shí)現(xiàn)了VLAN（即虛擬局域網(wǎng)，詳細(xì)內(nèi)容請(qǐng)參考以太網(wǎng)的有關(guān)教程），這樣在交換機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)的CAM 表就進(jìn)行了變化，由原來(lái)的兩項(xiàng)對(duì)應(yīng)關(guān)系（MAC地址跟接口）變成了三項(xiàng)對(duì)應(yīng)關(guān)系（MAC地址，VLAN ID，出口），這樣當(dāng)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀的時(shí)候，交換機(jī)根據(jù)數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址和VLAN ID兩項(xiàng)來(lái)查詢(xún)CAM表，找到接口后把該數(shù)據(jù)幀轉(zhuǎn)發(fā)出去。

但如果交換機(jī)根據(jù)MAC地址和VLAN ID查詢(xún)CAM表失敗，即沒(méi)有跟該MAC和VLAN ID的對(duì)應(yīng)關(guān)系，則交換機(jī)把該數(shù)據(jù)幀向該VLAN包含的（除接收端口以外的）所有端口上復(fù)制。如果只根據(jù)CAM表來(lái)確定一個(gè)VLAN包含哪些端口，則必須遍歷整個(gè)CAM表，這樣如果CAM表的規(guī)模非常大（一般情況下是4K以上），則效率特別低。

所以一般的交換機(jī)上在實(shí)現(xiàn)VLAN時(shí)，還創(chuàng)建另外一張表，即 VLAN配置表，該表包含了VLAN ID和所有端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，即只要根據(jù)VLAN ID查詢(xún)?cè)摫恚涂梢哉业皆揤LAN包含的所有端口，這樣在進(jìn)行VLAN內(nèi)廣播的時(shí)候，就非常容易。另外一個(gè)問(wèn)題出現(xiàn)了，就是數(shù)據(jù)幀的VLAN ID是怎樣獲得的。交換機(jī)一般根據(jù)下列原則來(lái)給一個(gè)數(shù)據(jù)幀附加上VLAN ID：

◆如果接收到數(shù)據(jù)幀的端口是一個(gè)非TAG端口，且數(shù)據(jù)幀是一個(gè)普通數(shù)據(jù)幀，則附加上該端口的默認(rèn)VLAN ID；根據(jù)農(nóng)基文的理解：當(dāng)一個(gè)非TAG端口收到了一個(gè)數(shù)據(jù)幀，且含有VLAN ID時(shí)，做判斷，如果VLAN ID=端口PVID，則可以接收；否則，丟棄。

◆如果接收到數(shù)據(jù)幀的端口是一個(gè)TAG端口，而數(shù)據(jù)幀是一個(gè)普通數(shù)據(jù)幀，則附加上該端口的默認(rèn)VLAN ID；

◆如果接收到數(shù)據(jù)幀的端口是一個(gè)TAG端口，數(shù)據(jù)幀自己攜帶了VLAN ID（通過(guò)802.1Q協(xié)議），則該數(shù)據(jù)幀的VLAN ID就是攜帶的VLAN ID.需要注意的是，實(shí)現(xiàn)VLAN的交換機(jī)在查詢(xún)CAM表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)之前，首先給該數(shù)據(jù)幀附加上VLAN ID.

以上功能都是二層功能，作為一臺(tái)三層交換機(jī)，上述功能是必須實(shí)現(xiàn)的，但三層交換機(jī)基本特點(diǎn)還是VLAN間的互通。在三層交換機(jī)上，VLAN之間的互通是通過(guò)實(shí)現(xiàn)一個(gè)虛擬VLAN接口來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即針對(duì)每個(gè)VLAN，交換機(jī)內(nèi)部維護(hù)了一個(gè)與該VLAN對(duì)應(yīng)的接口，該接口對(duì)外是不可見(jiàn)的，是一個(gè)虛擬的接口，但該接口有所有物理接口所具有的特性，比如有MAC地址，可配置最大傳輸單元和傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)幀類(lèi)型等。

在上述的說(shuō)明中，我們提到了當(dāng)交換機(jī)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)，判斷是不是發(fā)給自己的，判斷的依據(jù)便是查看該MAC地址是不是針對(duì)接收數(shù)據(jù)幀所在VLAN的接口MAC地址，如果是，則進(jìn)行三層處理，若不是，則進(jìn)行二層處理，按照上述流程進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

既然實(shí)現(xiàn)了三層轉(zhuǎn)發(fā)，交換機(jī)必須維護(hù)一個(gè)三層轉(zhuǎn)發(fā)表，該表可以是基于最長(zhǎng)匹配查詢(xún)的FIB表，也可以是基于目的網(wǎng)絡(luò)層地址精確匹配的三層轉(zhuǎn)發(fā)表，這跟實(shí)現(xiàn)的廠家設(shè)備有關(guān)。這樣當(dāng)交換機(jī)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀的目的MAC地址跟該數(shù)據(jù)幀所在VLAN對(duì)應(yīng)的VLAN接口的MAC地址相同，則進(jìn)行三層轉(zhuǎn)發(fā)。

轉(zhuǎn)發(fā)的過(guò)程是查詢(xún)?nèi)龑愚D(zhuǎn)發(fā)表，查找的結(jié)果是一個(gè)（或多個(gè)，當(dāng)數(shù)據(jù)幀是多播的時(shí)候）出口和相應(yīng)的二層封裝數(shù)據(jù)，交換機(jī)于是把該數(shù)據(jù)幀所攜帶的三層數(shù)據(jù)幀（比如，是IP或IPX數(shù)據(jù)報(bào)）進(jìn)行修改，比如修改校驗(yàn)和，在IP協(xié)議中還進(jìn)行TTL字段遞減，然后重新計(jì)算CHECKSUM，完成這些后，就把該三層數(shù)據(jù)包進(jìn)行二層封裝（根據(jù)三層轉(zhuǎn)發(fā)表查找的結(jié)果），從相應(yīng)的接口發(fā)送出去。

這個(gè)三層轉(zhuǎn)發(fā)表的形成跟二層轉(zhuǎn)發(fā)表（CAM表）的形成有很大的不同，它是通過(guò)查詢(xún)路由表并經(jīng)過(guò)其它協(xié)議（比如ARP協(xié)議）形成的。在后面介紹典型產(chǎn)品實(shí)例的時(shí)候，我們以例子來(lái)講述三層轉(zhuǎn)發(fā)表的形成。

◆三層交換機(jī)有二層交換機(jī)所有功能，比如基于MAC地址的過(guò)濾（也就是基于MAC地址的單播轉(zhuǎn)發(fā)），生成樹(shù)協(xié)議等；

◆三層交換機(jī)基本特點(diǎn)通過(guò)為每個(gè)VLAN分配一個(gè)VLAN接口完成VLAN之間的互通，VLAN接口有自己的MAC地址和IP地址，凡目的MAC地址是VLAN接口的數(shù)據(jù)幀，交換機(jī)都進(jìn)行三層轉(zhuǎn)發(fā)或自己接收—取決于目的IP地址是否是交換機(jī)的接口地址。