【三层交换】
作用：三层交换产生的替代单臂路由
原理：一次路由，多次交换
【三层交换不能取代路由器的原因】
a)路由器接口丰富（支持语音口、串口、电口、光口）；三层交换接口单一，一般只有电口或光口
b)路由器三层功能强大，交换机一般只具有基本的三层功能。如“nat、bgp”等协议不支持
一、初识三层交换
（1）、单臂路由的缺陷
a)“单臂”本身将成为网络的骨干链路，容易形成网络瓶颈。瓶颈是在“三层路由器功能上形成的，不是在线路上形成的”
b)子接口依然依托于物理接口，就实际应用而言不灵活
c)每次VLAN间转发都需要查看路由表，严重浪费设备资源
（2）、三层交换机的转发原理
Ø三层交换=2层交换+3层转发
Ø三层交换机通过硬件来交换和路由选择数据包
ØCisco catalyst交换机使用传统的MLS（Multilayer Switching，多层交换）体系结构或基于CEF（Cisco Express Forwarding，Cisco快速转发）的MLS结构
1、传统的MLS
ØMLS让ASIC（Application-specific Intergrated Circuit，应用专用集成电路），能够对被路由器的数据包执行第2层重写操作
Ø第2层重写操作包括重写源和目标MAC地址，以及写入重新计算得到的循环冗余校验码(CRC)
Ø支持传统MLS的Catalyst交换机使用一种MLS协议从MLS路由器那里获悉第2层重写信息。使用传统MLS时，第3层引擎（路由处理器）和交换ASIC协同工作，在交换机上建立第3层条目
Ø使用传统MLS时，交换机交数据流中的第一个数据包转发给第3层引擎，后者以软件交换的方式对数据包进行处理。对数据流中的第一个数据包进行路由处理后，第3层引擎对硬件交换组件进行程序处理，使之为后续的数据包选择路由
《名词解释》
ASIC：应用专用集成电路（二层处理器）
第3层引擎：路由器处理器（三层处理器）
数据流：一个文件为一个数据流
【传统的MLS发包过程】
1)VLAN 1的主机将数据包发送给默认网关。三层交换机是主机的网关，因此，三层交换机上VLAN 1的端口接收到主机发来的数据包，这个数据帧中，源MAC地址是VLAN 1主机的MAC地址，目标MAC地址是默认网关的MAC地址
2)三层交换机的第3层引擎接收到这个数据包，在转发数据前重写数据帧的2层封装，三层交换机首先要使用ARP协议来获得VLAN 2主机的MAC地址
3)三层交换机用VLAN 2的主机的MAC址址作为发送帧的目标MAC地址来封装数据帧，并重写CRC值。同时，在硬件中创建一个MLS条目，以便能够转发和重写这个流中的后续数据包
4)VLAN 1主机发送给VLAN 2主机的后续数据包直接由三层交换机的ASIC进行处理，ASIC根据刚才创建的MLS条目重写第2层封装，并快速转发数据包，如’图2’所示
《总结以上过程》
以上的过程被称为“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的第一个数据包，而后续的数据全由硬件来执行转发，这样就实现了三层交换机的快速转发功能
2、基于CEF的MLS
ØCEF是一种基于拓扑的转发模型，可预先将所有路由选择信息加入到转发信息库（FIB）中，这样，交换机就能够快速查找路由选择信息
ØCEF是“思科快速转发”，能记录通信过的主机，用两个表在二层进行记录
【CEF主要包含两个转发用的信息表】
转发信息库（FIB）：比路由表更详细细，会记录通信过的主机IP。FIB类似于路由
表，包含路由表中转发信息的镜像。当网络的拓扑发生变化时，路由表将被更新，而FIB也随之变化。第3层引擎和硬件交换组件都维护一个FIB
邻接关系表：它会记录通信过的主机及MAC地址。在网络中，如果两个节点之间在数据链路层只有一跳，则它们彼此相邻，除FIB外，CEF还使用邻接关系表中储存第2层编址信息
【基于CEF的MLS发包过程】：
a)主机A发送数据包给自己的默认网关，三层交换机是主机A的网关，因而可接收到这个数据包
b)三层交换机查找FIB表，数据包的目标IP地址10.20.20.2，与三层交换机直连
c)三层交换机查找邻接关系表，在邻接关系表中，有IP地址与源MAC地址，目标MAC地址的对应关系，并找到转发端口
d)三层交换机的硬件交换组件根据邻接关系重写数据帧的二层封装，并快速转发......如果三层交换接收到主机A发送来的数据包，但邻接关系表中没有主机B的二层重写信息，那么三层交换机将数据包交给三层引擎进行处理......三层引擎会发送ARP请求获取主机B的MAC地址信息，然后，第3层引擎将一个解析后的邻接关系条目加入到自己的邻接关系表中，硬件交换组件也将这条邻接关系条目加入到自己的邻接关系表
【基于CEF的MLS与传统的MLS对比】
Ø传统的MLS每个数据流的第一个数据包都要进行路由
Ø基于CEF的MLS在第一次路由后，就会在邻接关系表和FIB表中保存目标信息，那么有数据需要转发时，就可以直接用硬件查找邻接关系表和FIB表
3、虚接口的引入
二、三层交换机的配置
【启动路由功能】
switch(config)# ip routing /在三层交换机上启动路由功能
【配置路由接口】
switch(config-if)# no switchport /将交换机的某个接口配置为路由接口
【查看FIB表】
switch# show ip cef
【查看邻接关系表】
switch# show adjacency detail
【配置虚接口的IP地址】
switch(config)# interface vlan vlan-id /把接口加入VLAN
switch(config-if) ip address ip_address netmask /相当于在接口配IP
switch(config-if)# no shutdown
【DHCP中继的配置】
sw-3L(config-if)# ip helper-address DHCPsrv-IPAddress
#在设有DHCP服务器上的VLAN接口上配置
#DHCPsrv-IPAddress为DHCP服务器的IP地址
