第三層交換機是目前組網(wǎng)設備中最常用的一種，相比于二層交換機，其在性能方面有非常大的改善，一個具有第三層交換機功能的設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，并不是簡單的把路由器設備的硬件及軟件簡單地疊加在局域網(wǎng)交換機上。

從硬件的實現(xiàn)上看，目前，第二層交換機的接口模塊都是通過高速背板/總線(速率可高達幾十Gbit/s)交換數(shù)據(jù)的，在第三層交換機中，與路由器有關(guān)的第三層路由硬件模塊也插接在高速背板/總線上，這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊間高速的交換數(shù)據(jù)，從而突破了傳統(tǒng)的外接路由器接口速率的限制(10Mbit/s——100Mbit/s)，在軟件方面，第三層交換機也有重大的舉措，它將傳統(tǒng)的基于軟件的路由器軟件進行了界定，其作法是：

1、對于數(shù)據(jù)封包的轉(zhuǎn)發(fā)：如IP/IPX封包的轉(zhuǎn)發(fā)，這些有規(guī)律的過程通過硬件得以高速實現(xiàn)。

2、對于第三層路收軟件：如路由信息的更新、路由表維護、路由計算、路由的確定等功能，用優(yōu)化、高效的軟件實現(xiàn)。假設兩個使用IP協(xié)議的站點通過第三層交換機進行通信的過程，發(fā)送站點A在開始發(fā)送時，已知目的站的IP地址，但尚不知道在局域網(wǎng)上發(fā)送所需要的MAC地址。要采用地址解析(ARP)來確定目的站的MAC地址。發(fā)送站把自己的IP地址與目的站的IP地址比較，采用其軟件中配置的子網(wǎng)掩碼提取出網(wǎng)絡地址來確定目的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)，A廣播一個ARP請求，B返回其MAC地址，A得到目的站點B的MAC地址后將這一地址緩存起來，并用此MAC地址封包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，第二層交換模塊查找MAC地址表確定將數(shù)據(jù)包發(fā)向目的端口。

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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C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地址已經(jīng)在系統(tǒng)軟件中設置。這個IP 地址實際上對應第三層交換機的第三層交換模塊。所以當發(fā)送站A對“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址廣播出一個ARP請求時，若第三層交換模塊在以往的通信過程中已得到目的站B的MAC地址，則向發(fā)送站A回復B的MAC地址;否則第三層交換模塊根據(jù)路由信息向目的站廣播一個ARP請求，目的站C得到此ARP請求后向第三層交換模塊回復其MAC地址，第三層交換模塊保存此地址并回復給發(fā)送站A.以后，當再進行A與C之間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時，將用最終的目的站點的MAC地址封包，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程全部交給第二層交換處理，信息得以高速交換。

第三層交換具有以下突出特點：有機的硬件結(jié)合使得數(shù)據(jù)交換加速;優(yōu)化的路由軟件使得路由過程效率提高;除了必要的路由決定過程外，大部分數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程由第二層交換處理;多個子網(wǎng)互連時只是與第三層交換模塊的邏輯連接，不象傳統(tǒng)的外接路由器那樣需增加端口，保護了用戶的投資。回復其MAC地址，第三層交換模塊保存此地址并回復給發(fā)送站A。以后，當再進行A與C之間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時，將用最終的目的站點的MAC地址封包，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程全部交給第二層交換處理，信息得以高速交換。