2018年02月02日
為什么我們說三層交換機的三層轉發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在路由器的軟件做的也非常強大，幾乎也能夠達到限速轉發的能力;但是軟件能夠和硬件比嗎，不太可能;交換機之所以轉發速度快是因為交換機使用了專門的ASIC硬件轉發卡，而路由器是software-based 的轉發。
我們習慣說，在二層網絡環境中相同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備，所以說三層交換機必須要做的事情是路由轉發，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和不同子網環境中都分別會做些什么事情，有哪些不同呢?
如上圖，在二層環境中A---B之間通信，A發送一個數據包目的MAC地址是B，當發送到交換機，交換機基于目的MAC地址的轉發，然后開始查看自己的MAC表項，找出對應的出口出去了整個過程中只有MAC地址的查找，沒有對數據幀產生任何的改變，我在這只對二層幀轉發做一個簡短而又簡單的描述，畢竟重點不在這。
在三層環境中 A---C之間通信，A發送一個數據包，目的MAC地址應該是網關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發是怎么判斷的，我當時的回答是看這個數據包的mac地址是不是自己，如果是就執行三層轉發，別人說回答是正確的;但是當我回來研究這個問題的時候，我發現當時我的回答是不嚴謹的，為什么 ?當一個交換機收到一個數據包的二層目的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，這才執行路由層面的轉發;所以說交換機在執行要不要三層轉發，是在目的mac是自己的同時，IP地址是不是自己，如果是自己那還轉發個啥來，就不用轉發了。
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硬件轉發卡中的硬件轉發表，那這個硬件轉發表都包含了什么內容呢?
· 當第一個包過來的時候，發現硬件轉發表并沒有什么表項，所以此時必須將數據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，然后發現此IP地址個自己是直連的，此時就去查看arp找出此地址對應的mac地址，就可以轉發出去了
· 在決定轉發出去過程中，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，建立交換機硬件轉發表，包括目的IP地址，目的IP地址(下一跳)對應的mac地址，mac地址對應的vlan，以及對應的端口(這個每個廠家有自己的理解)
· 這樣當一下包過來的時候，交換機就會查看硬件轉發表直接轉發而不會在經過路由表的查詢了，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（硬件轉發表）和netflow表項。