為什么我們說三層交換機的三層轉(zhuǎn)發(fā)性能要比路由器的效率要高的多?有時候在很多書里會提及到現(xiàn)在路由器的軟件做的也非常強大，幾乎也能夠達到限速轉(zhuǎn)發(fā)的能力;但是軟件能夠和硬件比嗎，不太可能;交換機之所以轉(zhuǎn)發(fā)速度快是因為交換機使用了專門的asic硬件轉(zhuǎn)發(fā)卡，而路由器是software-based 的轉(zhuǎn)發(fā)。
我們習(xí)慣說，在二層網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中相同vlan之間可以通信，不同vlan之間不可以通信，如果想通信必須借助三層設(shè)備，所以說三層交換機必須要做的事情是路由轉(zhuǎn)發(fā)，但是具體的工作原理是什么樣的呢 ?
首先三層交換機在同一子網(wǎng)和不同子網(wǎng)環(huán)境中都分別會做些什么事情，有哪些不同呢?
如上圖，在二層環(huán)境中a---b之間通信，a發(fā)送一個數(shù)據(jù)包目的mac地址是b，當(dāng)發(fā)送到交換機，交換機基于目的mac地址的轉(zhuǎn)發(fā)，然后開始查看自己的mac表項，找出對應(yīng)的出口出去了整個過程中只有mac地址的查找，沒有對數(shù)據(jù)幀產(chǎn)生任何的改變，我在這只對二層幀轉(zhuǎn)發(fā)做一個簡短而又簡單的描述，畢竟重點不在這。
在三層環(huán)境中 a---c之間通信，a發(fā)送一個數(shù)據(jù)包，目的mac地址應(yīng)該是網(wǎng)關(guān)mac地址，也即是交換機的mac地址smac好在這里插一個小插曲，之前有人問過我說一個交換機要不要三層轉(zhuǎn)發(fā)是怎么判斷的，我當(dāng)時的回答是看這個數(shù)據(jù)包的mac地址是不是自己，如果是就執(zhí)行三層轉(zhuǎn)發(fā)，別人說回答是正確的;但是當(dāng)我回來研究這個問題的時候，我發(fā)現(xiàn)當(dāng)時我的回答是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)模瑸槭裁??當(dāng)一個交換機收到一個數(shù)據(jù)包的二層目的mac地址是自己，此時它要做什么?
插個一個小插曲，前兩天在微信上看過這樣的一個小短片，說的是在一所大學(xué)教室里，有兩個男生特別喜歡坐在他們身后的班花，就不停的看著那個女孩，突然，那個女孩站起來準(zhǔn)備走了，在路過他們身邊的時候塞給了坐在一邊的男生一個卷起來的小紙條;物理上，這個女生是將紙條遞給了這個男生，想想這個男生接下來要做什么事情?是要打開紙條查看里面寫了什么內(nèi)容吧!三層交換機在接收到目的mac地址是自己的時候要做的事情也是向上層解封裝，查看三層目的ip地址，然后呢
?當(dāng)時那個男生很高興的拿著那個紙條，然后打開了，上面寫著“請將紙條遞給下一個人”，哈哈，，，三層交換機也是這樣一看原來目的ip地址不是自己，這才執(zhí)行路由層面的轉(zhuǎn)發(fā);所以說交換機在執(zhí)行要不要三層轉(zhuǎn)發(fā)，是在目的mac是自己的同時，ip地址是不是自己，如果是自己那還轉(zhuǎn)發(fā)個啥來，就不用轉(zhuǎn)發(fā)了。
交換機在判斷出目的ip不是自己的時候是不是一定就去查看路由表呢 ?不是，這個就是交換機的關(guān)鍵所在了，交換機此時不會查看路由表，不會查看arp表，不會查看mac地址表;那交換機會查看什么表?
交換機此時會查看自己集成在asic硬件轉(zhuǎn)發(fā)卡中的硬件轉(zhuǎn)發(fā)表，那這個硬件轉(zhuǎn)發(fā)表都包含了什么內(nèi)容呢?
當(dāng)?shù)谝粋€包過來的時候，發(fā)現(xiàn)硬件轉(zhuǎn)發(fā)表并沒有什么表項，所以此時必須將數(shù)據(jù)包交由路由進程處理，一旦交由cpu處理，必然會消耗cpu資源，此時會查看路由表，然后發(fā)現(xiàn)此ip地址個自己是直連的，此時就去查看arp找出此地址對應(yīng)的mac地址，就可以轉(zhuǎn)發(fā)出去了 在決定轉(zhuǎn)發(fā)出去過程中，交換機至少會做三件事情，一，修改ip包頭的ttl值;二，修改原mac地址，改成自己出接口mac地址;三，建立交換機硬件轉(zhuǎn)發(fā)表，包括目的ip地址，目的ip地址(下一跳)對應(yīng)的mac地址，mac地址對應(yīng)的vlan，以及對應(yīng)的端口(這個每個廠家有自己的理解) 這樣當(dāng)一下包過來的時候，交換機就會查看硬件轉(zhuǎn)發(fā)表直接轉(zhuǎn)發(fā)而不會在經(jīng)過路由表的查詢了，也即是交換機的一次路由，多次交換機原理。 每個廠家在這一塊定義都不太一樣，但原理是一樣的，cisco中使用的是cef表，并且在路由器的現(xiàn)在也集成了基于軟件的cef，其中cef包含了三張表，包括fib表、鄰接表(硬件轉(zhuǎn)發(fā)表)和netflow表項。


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