講述三層交換機特性 精確完成各種配置，熟悉三層交換機對大家有好處。只要大家掌握了三層交換機特性，在應對交換機的問題時，就能夠和合理的去處理了。也就能達到快速解決交換機故障的目的了哦。

三層精確匹配查詢

在路由器上，每當接收到一個數(shù)據(jù)報，路由器便進行路由表的查詢來找出該數(shù)據(jù)報的下一跳，然后通過相應的接口發(fā)送出去。路由器查詢路由表采用的是最長匹配算法，在以前的路由器中，最長匹配算法采用軟件實現(xiàn)，而且實現(xiàn)起來非常復雜，導致了效率特別低。

我們可以設想，能否改變這種最長匹配的查找思想，而采用精確匹配的查找技術實現(xiàn)呢？可以引入一個高速緩沖區(qū)，用來存放精確查詢所需要的信息（一般是三層 IP地址跟出口的對應fib表，還關聯(lián)有一些二層封裝信息Arp表，比如鏈路層頭等），當接收到一個需要進行三層轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)幀的時候。

路由器先查詢高速緩沖區(qū)（采用精確匹配算法，即直接根據(jù)目的IP地址進行索引），如果命中，則根據(jù)查詢出的信息進行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，如果不能命中，則查詢路由表（采用最長匹配算法），根據(jù)查詢的結(jié)果進行轉(zhuǎn)發(fā)，同時更新相應的精確查詢緩沖區(qū)，這樣當?shù)竭_同一個目的地的數(shù)據(jù)報來的時候，就可以直接查詢精確匹配緩沖區(qū)進行轉(zhuǎn)發(fā)了。

跟CAM表一樣，精確匹配查詢項也有一個定時機制，超過了一定的時間限制就從緩沖區(qū)中刪除掉，跟CAM表不同的是，三層精確匹配查詢項跟路由表同步，每當路由表變化，必定修改精確轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)，來保證跟路由表的同步。如果數(shù)據(jù)鏈路層是以太網(wǎng)，網(wǎng)絡層是IP，則這個三層高速轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)是通過ARP協(xié)議建立的，我們說明它的工作過程。

開始的時候，三層交換機特性只有一張用于路由的路由表（該路由表是通過路由協(xié)議建立的），而精確匹配的三層轉(zhuǎn)發(fā)表為空，這樣當三層交換機接收到一個需要進行三層交換的數(shù)據(jù)幀時，它首先查詢?nèi)龑泳_匹配緩沖區(qū)，因為三層轉(zhuǎn)發(fā)表為空，查詢失敗，于是，三層交換機特性通過最長匹配算法查詢路由表（根據(jù)數(shù)據(jù)報的目的IP地址），查詢的結(jié)果是一個出口（一般是一個VLAN接口）和一個下一跳。于是，有兩中可能的情況：
◆數(shù)據(jù)報的目的地址跟VLAN接口不在同一個網(wǎng)段；
◆數(shù)據(jù)報的目的地址跟VLAN接口在同一個網(wǎng)段。

在***種情況下，三層交換機通過ARP解析來解析下一跳IP地址，獲得下一跳的MAC地址后，三層交換機特性把接收的數(shù)據(jù)幀進行二層封裝，然后發(fā)送給下一跳。在第二種情況下，三層交換機特性直接解析數(shù)據(jù)報的目的IP地址，獲得目的IP地址對應的主機MAC地址后，直接把該數(shù)據(jù)幀發(fā)送給目的主機。

不論哪種情況，交換機進行ARP解析的時候，都會獲得一個IP地址跟出口的對應關系，同時還通過ARP協(xié)議獲得了下一跳的MAC地址，于是，三層交換機會把這些數(shù)據(jù)組合成一個三層精確匹配項，并插入到三層精確匹配緩沖區(qū)里面。這樣當?shù)竭_同一目的地的數(shù)據(jù)報到來后，三層交換機特性使用精確匹配算法直接查詢高速緩沖區(qū)，根據(jù)查詢的結(jié)果進行轉(zhuǎn)發(fā)。

需要說明的是，實現(xiàn)三層精確匹配并不是三層交換機特性必須具備的特性。在一些低端交換機的場合下，最長匹配查詢采用軟件實現(xiàn)，效率特別低，因而引入三層精確匹配算法，這是合理而且必須的，但對一些高端場合，就不適應了。

在一些高端交換機上，最長匹配算法都是基于硬件實現(xiàn)的，而且采用了效率很高的樹查找算法，其效率跟精確匹配算法相差無幾，而且只采用最長匹配算法還減少了精確匹配緩沖區(qū)和路由表的同步問題，因而在一些基于硬件實現(xiàn)的三層交換機上，精確匹配不是必須的。在后面介紹典型實例分析的時候，我們會介紹僅僅采用最長匹配算法實現(xiàn)高端三層的交換機。

本部分有下列要點：三層交換機特性為了提高效率，采用了精78確匹配查找算法，在一些高端三層交換機上，該特性不是必須的，因為采用最長匹配查找算法的效率并不一定比采用精確匹配查找算法效率差。

針對局域網(wǎng)進行優(yōu)化

傳統(tǒng)的路由器提供豐富的接口種類，比如E1/T1，ISDN，F(xiàn)rame-Relay，X.25，POS，ATM，SMDS等，每種接口對應不同的封裝類型，而且每種接口所對應的***傳輸單元和***接收單元都不相同，這樣存在數(shù)據(jù)報分片的概率相當大，概括起來，這些特性使得路由器的轉(zhuǎn)發(fā)效率特別低。

而三層交換機特性是由二層交換機發(fā)展起來的，而且其發(fā)展過程中一直遵循為局域網(wǎng)服務的指導思想，沒有過多的引入其它接口類型，而只提供跟局域網(wǎng)有關的接口，比如以太網(wǎng)接口，ATM局域網(wǎng)仿真接口等。

這樣接口類型單純，大部分情況下三層交換機只提供以太網(wǎng)接口，這樣在多種類型接口路由器上所碰到的問題就徹底消除了，比如，***傳輸單元問題，由于各個接口都是以太網(wǎng)接口，一般不存在沖突的問題，分片的概率就大大降低了。

接口類型單純的另外一個好處就是在進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的時候，內(nèi)部經(jīng)過的路徑比較單純?，F(xiàn)在的通信處理器一般都是集中在一塊ASIC芯片上的，而且不同的接口類型有不同的ASIC芯片進行處理。

這樣如果接口類型比較單一，所需要的ASIC芯片就相對單一，交互起來必定流暢，使用ASIC芯片本身帶的功能就可以完成多個接口之間的數(shù)據(jù)交換，但如果接口類型不統(tǒng)一，則必須有一個轉(zhuǎn)換機構來完成這些芯片之間的數(shù)據(jù)交換，效率上大大影響。

目前成熟的以太網(wǎng)接口速率***可以達到1G（雖然10G的以太網(wǎng)已經(jīng)商用，但還不是很普遍），如果需要更高的速率，只能采用鏈路聚合的方式把幾個GE端口聚合成一個物理端口，雖然邏輯上是可行的，但實現(xiàn)起來可能會遇到這樣那樣的問題。

比如聚合的鏈路不能跨越同一塊處理板，芯片本身的問題等，于是有些交換機拋棄了這種純粹以太網(wǎng)接口的解決方案，而引入了其它的接口類型作為上行接口，比如STM-16的POS接口（2.5G POS接口）等。這些接口用于上行連接核心層設備。