三層交換機的工作原理可以用一句話概括為:”一次路由,多次交換“。
首先簡單回顧一下二層交換機的工作原理:
當二層交換機收到一個陌生的數據幀時,
會先將該數據幀的源MAC地址以及收到該幀的接口映射到MAC地址表中;
之后再根據MAC地址表查找該數據幀的目的MAC地址及其所對應的接口,若有則轉發,若無則泛洪。
而到了三層交換機,由于三層交換機既有交換功能,也有路由功能,那么三層交換機的工作原理:
當三層交換機收到一個數據包時,
首先會查看源MAC地址,若是本地MAC地址,則解二層封裝,若不是則丟棄;
解封裝后,查看路由表,找到目的IP地址所對應的出接口和下一跳,然后找到出接口和下一跳的MAC地址,分別作為源MAC地址和目的MAC地址,進行新的二層封裝;
若找不到下一跳的MAC地址,則進行ARP泛洪,若仍未找到則丟棄。
以上過程就是所謂的“一次路由”,此時由于三層交換機經過了路由表、MAC地址表的查找,形成了源IP地址、目的IP地址、源MAC地址、目的MAC地址、入接口、出接口的總的相互映射關系,也就是形成了一張“IP-MAC-接口”的總表,那么三層交換機再次收到相同的數據包時,就可以不再走路由,而是查找這張“總表”直接進行交換過程,這就是所謂的“多次交換”。
路由的查找需要軟件的參與而消耗大量時間,而交換過程可以通過硬件(CAM芯片)可以快速實現。由于三層交換機的“一次路由,多次交換”的工作原理,使得三層交換機節省了大量因查找路由表而損耗的時間,從而大大提高了轉發效率。因此三層交換機廣泛應用在園區網的三層架構中的匯聚層,給內網提供子網間路由,大大提高園區內網的通信速度。
2. 三層交換機不能完全取代路由器的原因
雖然三層交換機有優于路由器的地方,但三層交換機是不可能完全替代路由器的,原因在于:
路由器可以實現不同種網絡的連接,支持更多的路由協議
路由器一般情況下路由性能比三層交換機更強(如CPU,內存等)
路由器能夠實現NAT,而一般交換機沒有NAT功能
歸根結底還是因為普通三層交換機的物理性能通常不如路由器,無法承載路由器某些繁雜的工作(高端三層交換機除外)。
審核編輯:劉清
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原文標題:三層交換機的工作原理
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