交换机MLS实现三层交换的过程
三层交换机的配置实验原理
三层交换机的配置实验原理主要基于三层交换技术，这种技术可以实现不同VLAN之间的通信。
具体来说，三层交换技术实际上是二层交换技术结合三层转发功能的成果。
当三层设备接收到一个数据帧后，会拆除原数据帧，重新封装新的源MAC地址和目标MAC地址，并且因为帧头部的信息发生变化，最后的帧校验CRC也应当随之改变。
在这个流中的多个数据包中，只有第一个数据包是由三层交换机的三层引擎来处理的，处理的方式是软件方式，与路由器相同。
在第一个数据包转发完成后，在硬件中创建一个MLS条目，用于后续的数据包由硬件执行的重新封装和快速转发。
2层数据帧会被重新封装为需要转发的下一个网段的帧格式。
这就是“一次路由，多次交换”的原理。
为了实现不同VLAN之间的通信，三层交换机在硬件结构上采用了一种叫做ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）的芯片，它提供了高速的数据转发和路由查找功能。
ASIC芯片将转发和路由的硬件分离，使得三层交换机在性能上得到了极大的提高。
此外，三层交换机还支持VLAN（Virtual Local Area Network，虚拟局域网）功能。
VLAN可以将一个物理网络逻辑地划分成多个虚拟网络，从而实现网络资源的有效隔离和划分。
通过对VLAN的划分，可以有效地控制广播风暴、提高网络安全性，同时也使得网络管理变得更加灵活和方便。
综上所述，三层交换机的配置实验原理是基于三层交换技术和VLAN 功能，实现了不同VLAN之间的通信，提高了网络性能和安全性，使得网络管理变得更加灵活和方便。
三层交换机的工作原理简述
三层交换机的工作原理简述
三层交换机的工作原理是基于OSI模型的网络层进行的。
它可以根据IP地址来转发数据包，实现网络的互联和路由功能。
具体步骤如下：
1. 当一个数据包进入三层交换机时，交换机会读取数据包的目标IP地址。
2. 交换机会查询路由表，确定该IP地址所属的子网。
3. 交换机会根据路由表的信息，将数据包转发到适当的出口接口，进入目标子网。
4. 如果目标IP地址所在的子网直接连接到交换机的接口上，交换机可以直接发送数据包。
5. 如果目标IP地址不在同一个子网内，交换机会将数据包发送到默认网关。
6. 默认网关会进一步将数据包转发到目标子网。
三层交换机还可以根据流量和负载实现负载均衡和流量控制。
它可以通过学习和记忆MAC地址和IP地址的映射关系来提高转发速度，这样可以更高效地进行数据包的路由转发。
三层交换(L3交换)的发展及应用简述
三层交换(L3交换)的发展及应用简述一、L3交换原理和分类最早的第三层交换，是基于A TM技术的MPOA和IP Switch，分别基于ATMF 和IETF标准（RFC1953和RFC1987）。
其基本原理相近，把路由功能分为第三层路径选择（智能路由选择）和第三层交换（快速转发）。
趋势是把第三层交换放到骨干网ATM交换机中去，把路由器和A TM骨干网融为一体。
MPOA方式的前提是一定要由ATM网络事先建立一条端到端的连接，再采用“Short Cut”方式对IP包进行路由。
IP Switch方式中的RFC1953解决了“多跳”数量增长的问题，通过软件提供一种“直通”（Cut-through）来满足多IP业务要求，它与RFC1987共同构成IP Switch基础。
IP Switch对数据包的处理多采用以ATM交换机跨接路由器直通（CUT-THROUGH）处理的方式，即第一个包通过路由器进行检查、鉴别和处理，以后相同的包由ATM交换机跨接直通传输，不再通过路由器。
无论是IP Switch还是MPOA，这个IP数据流都是在虚电路里传输，所有IP 包都在一个已经选定的路由中传输，不存在不同的IP包经过不同的路由。
只是IP Switch方式每个ATM交换机可独立处理IP交换，以直通IP数据流。
但MPOA 一定要所有ATM交换机统一动作，所以MPOA方式实施前一定要先建立一条端到端的SVC。
除了以上两种L3交换之外，在其他领域也相继产生了第三层交换技术。
如思科公司的专有技术CEF（思科快速转发）、普遍被所有第三层交换机厂家采用的多层交换技术MLS以及当前被广泛推广的基于IETF标准的多协议标记交换MPLS。
二、L3交换的起源和发展基于L2以太网交换技术的多层交换最早起源于校园网络，后来在IDC中也有较多应用。
早期互联网业务流量模型符合20:80规则，即80%的流量为本地，20%的流量出网。
后来此流量模型发生逆转，80%流量来自网段外部，内部通信只有20%。
VLAN与多层交换
三层交换（路由）配置
SR1 F0/1 VLAN2 VLAN3 F0/1 S1 F0/2 F0/3 PC1 VLAN2 PC2 VLAN3
检查SR1上的IP路由表
SR1# show ip route //此处省略// C 192.168.2.0 is directly connected,Vlan2 C 192.168.2.0 is directly connected,Vlan2 ;执行检查ip路由表的命令 ;C表示直连路由网络
R1(config)# int f0/0 .1 ;进入f0/0.1子接口配置 R1(config-subif)# encapture dot1q ;用802.1Q封装f0/0.1接口 R1(config-subif)# ip address 192.168.2.1 255.255.255.0 ;设置vlan2的网关 R1(config)# int f0/0 .2 ;进入f0/0.2子接口配置 R1(config-subif)# encapture dot1q ;用802.1Q封装f0/0.2接口 R1(config-subif)# ip address 192.168.3.1 255.255.255.0 ;设置vlan3的网关 R1(config)# int f0/0 ;进入f0/0接口配置 R1(config-if)# no shutdown ;激活f0/0接口
MLS 采用先进的专用集成电路（ ASIC ， Application Specific Integrated Circuit） 交换部件完成子网间的 IP包交换，可以大 大减轻路由器在处理数据包时所引起的过 高时间延迟。
MLS组成
MLS主要由以下三个部分组成： （1）多层路由处理器（MLS-RP）。MLS-RP相当于网络中的路由 器，负责处理每个数据流的第一个数据包，协助MLS交换引擎 （MLS-SE）在第三层的CAM（Content Addressable Memory）中建立 捷径条目（Shortcut Entry）。MLS-RP可以是一个外部的路由器，也 可以由三层交换机的路由交换模块（RSM）来实现。 （2）多层交换的交换引擎（MLS-SE）。MLS-SE负责处理转发和 重写数据包功能的交换实体。 （3）多层交换协议（MLSP）。MLSP是一个协议，用来通过多层 路由处理器（MLS-RP）对多层交换引擎进行初始化。 交换机利用专业化硬件ASIC进行“一次路由，多次交换”处理数 据包，速度相当快，可以达到48~176Mbit/s甚至1000Mbit/s。
三层交换机转发方式
三层交换机转发方式
三层交换机要执行三层信息的硬件交换，路由处理器（三层引擎）必须将有关路由选择等的三层信息下载到硬件中。
以便对数据包进行过处理。
为完成在硬件中处理数据包的高层信息，会使用传统的MLS和基于CEF的MLS。
传统的MLS
使用传统的MLS时，交换机将流中第一个数据包转发给第三层引擎，后者以软件交换的方式对数据包进行过处理，对数据流中的第一个包进行路由处理后，第三层引擎对硬件交换组织进行编程，使之为后续的数据包选择路由。
这个过程被称为“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，而后续的数据全部由硬件来执行转发。
这样实现了三层交换的线速转发。
基于CEF的MLS
与传统MLS不同的是，CEF从路由表学习了路由信息后，直接储存在FIB（转发信息库），直接由硬件进行转发。
传统MLS至少需要软件查询一次路由表后，建立转发条目，才能使用硬件进行转发。
工作原理：
①主机A给B发送单播数据包
②交换机查找FIB表，找到下一跳地址
③查找下一跳地址对应的邻接关系的2层封装信息
④转发。
三层交换实验报告
三层交换实验报告三层交换实验报告一、实验目的本次实验的目的是通过搭建一个三层交换网络，探究其在数据传输中的优势和应用场景。
通过实验，我们将深入了解三层交换的工作原理、配置方法以及网络性能的提升。
二、实验环境本次实验所使用的设备包括三层交换机、路由器和PC机。
三层交换机采用了Cisco的Catalyst系列，路由器采用了Cisco的ISR系列。
PC机作为终端设备，用于发送和接收数据。
三、实验过程1. 配置三层交换机首先，我们需要在三层交换机上进行基本配置。
通过命令行界面，我们可以设置交换机的IP地址、子网掩码和默认网关。
这样，交换机就能够与其他设备进行通信。
2. 配置路由器接下来，我们需要在路由器上进行配置。
通过命令行界面，我们可以设置路由器的IP地址、子网掩码和默认网关。
此外，我们还需要配置路由表，以便路由器能够正确地转发数据包。
3. 连接设备在完成配置后，我们需要将三层交换机、路由器和PC机进行连接。
通过使用网线将它们连接起来，我们可以建立一个局域网。
在局域网中，三层交换机负责交换数据包，路由器负责转发数据包，PC机作为终端设备进行数据的发送和接收。
4. 测试网络性能在搭建好网络之后，我们可以进行性能测试。
通过发送大量的数据包，我们可以测试网络的吞吐量和延迟。
三层交换机的优势在于它能够根据目的IP地址来转发数据包，从而提高网络的传输效率。
而传统的二层交换机只能根据MAC 地址来转发数据包，效率较低。
四、实验结果经过测试，我们发现三层交换机在数据传输中的确具有一定的优势。
相比于传统的二层交换机，三层交换机能够更快地转发数据包，从而提高了网络的传输效率。
此外，三层交换机还支持更多的网络协议，可以满足更多的应用需求。
五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了三层交换的工作原理和配置方法。
三层交换机在现代网络中扮演着重要的角色，它能够提高网络的传输效率和性能。
在实际应用中，我们可以将三层交换机应用于大型企业网络、数据中心等场景，以满足高速、大容量的数据传输需求。
图解三层交换机的全程工作原理
图解三层交换机的全程工作原理2010-03-19 14:57 佚名博客园我要评论(0)字号：T | T三层交换机和还有一种路由器，它设计的目的就不是用于不同类型网络的连接，所以所支持的网络协议比较单一，背板带宽也较小AD：2013大数据全球技术峰会低价抢票中如单纯的使用路由器，由于接口数量有限和路由转发速度慢，一般来说，在内网数据流量大，要求快速转发响应的网络中，如全部由三层交换机来做这个工作。
大家都知道，路由器可以连接企业局域网和广域网（如因特网），但却忽略了一路由器的另一个应用，那就是它的局域网连接功能。
路由器的广域网连接可参见拓扑图图和三层交换机的路由连接图。
路由器的作用因不同的路由器类型而定，我们常说的路由器通常是指边界路由器，就是位于不同类型网络的边界，如拓扑图图和三层交换机的路由连接图所示。
还有一种路由器，它设计的目的就不是用于不同类型网络的连接，而是用于同为局域网的不同局域网或不同子网之间的连接，这就是“中间节点路由器”。
它的网络结构如下图所示。
它与三层交换机的路由连接图相比，只是用中间节点路由器接替了原来的三层交换机。
<“边界路由器”处于网络边界的边缘或末端，用于不同网络路由器的连接，这也是目前大多数路由器的类型。
如前面介绍的互联网接入路由器和后面要介绍的VPN路由器都属于边界路由器。
这类路由器所支持的网络协议和路由协议比较广，背板带宽非常高，具有较高的吞吐能力，以满足各类不同类型网络（包括局域网和广域网）的互联。
而“中间节点路由器”则处于局域网的内部，通常用于连接不同局域网，起到一个数据转发的桥梁作用。
中间节点路由器更注重MAC地址的记忆能，要求较大的缓存。
因为所连接的网络基本上是局域网，所以所支持的网络协议比较单一，背板带宽也较小，这些都是为了获得最高的性价比，适应一般企业的随能力。
它与三层交换机的路由功能相比，在路由功能上肯定比三层交换机的强，但在局域网这种数据交换频繁的网络中，采用中间节点路由器来进行局域网的连接，网络性能可能会受到一定影响。
三层交换机转发原理
三层交换机转发原理三层交换机同时具有2层交换的功能和3层路由选择的功能，同时，三层交换机采用了硬件转发技术，实现数据的线速转发。
三层交换机用来解决路由与交换机之间的链路成为整个网络瓶颈的问题。
配置单臂路由：1 配置路由器的子接口2 在子接口上封装VLAN TRUNK协议3 配置子接口的IP地址，使之成为相应VLAN的网关。
CISCO CATALYST交换机使用传统的MLS （MULTILAYER SWITCHING ，多层交换）体系结构或CEF（CISCO EXPRESS FORWARDING ，CISCO快速转发）的MLS体系结构。
MLS让ASIC（Application-specific integrated circuit,应用专用集成电路）能够对被路由的数据包执行第2 层重写操作。
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）。
三层交换机传统的MLS工作原理：1 VLAN1的主机将一系列数据发送给默认网关。
三层交换机上的VLAN1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VLAN1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，在转发数据包前重写数据帧的2层封装。
三层交换机用VLAN2的主机MAC地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，以便能够重写和转发这个流中后续的数据包。
3 VLAN1主机发送给予VLAN2主机的后续的数据后续的数据包直接由三层交换机的MAC 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。
这个过程被称为一次路由，多次交换，CEF主要包含两个转发用的信息表：·转发信息库（FIB）：CEF使用FIB来做出基于IP目标前缀的转发决策。
·邻接关系表：基于CEF的MLS：主机A发送数据包给自己的默认网关，三层交换是主机A的网关，接收到这个数据包。
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交换机MLS实现三层交换的过程
MLS（MultiLayer Switching，多层交换）为交换机提供基于硬件的第三层高性能交换。
它采用先进的专用集成电路（ASIC）交换部件完成子网间的IP包交换，可以大大减轻路由器在处理数据包时所引起的过高系统开销。
MLS是一种用硬件处理包交换和重写帧头，从而提高IP路由性能的技术。
Cisco多层交换技术支持所有传统路由协议，而原来由路由器完成的帧转发和重写功能现在已经由交换机的硬件完成。
MLS将传统路由器的包交换功能迁移到第三层交换机上。
当然，这首先要求交换的路径必须存在。
MLS由以下三个部分组成：
1. 多层路由处理器（MLS-RP）它相当于网络中的路由器，负责处理每个数据流的第一个数据包，协助MLS交换引擎（MLS-SE）在第三层的CAM （Content-Addressable Memory）中建立捷径条目（Shortcut Entry）。
MLS-RP 可以是一个外部的路由器，也可以由三层交换机的路由交换模块（RSM）来实现。
2. 多层交换的交换引擎（MLS-SE）它是负责处理转发和重写数据包功能的交换实体。
3. 多层交换协议（MLSP）它是一个轻型协议，用来通过多层路由处理器（MLS-RP）对多层交换的交换引擎进行初始化。
下面以图1所示的网络为例，阐述多层交换实现的步骤。
第一步：发送MLSP Hello 信息
当路由器激活后，多层路由处理器每15秒发送一个MLSP Hello包，这些包内含路由器接口所使用的VLAN标识和MAC地址信息。
MLS-SE通过这些信息掌握
具备多层交换能力的路由器的第二层属性。
如果交换机连接了多个MLS-RP，MLS-SE通过为它们的MAC地址分配XTAG值的方法来区分每个MLS-RP的MAC地址条目。
如果MLSP帧从同一个 MLS-RP得到所有MAC地址，MLS-SE则为其附加相同的XTAG值，具体如图2所示。
这些关联的记录都存放在CAM中。
由于Hello 包是周期性发送的，所以，这种方法可以保证相关值动态地跟踪网络的变化，并可实现一定的淘汰机制。
Hello包是在第二层发布的，它使用多播地址
01-00-0C-DD-DD-DD.
第二步：标识候选包（Candidate Packet）
在了解具有多层交换能力的路由器的相关地址后，MLS-SE可以对进入交换机的数据包进行匹配判断。
对于一个流中的数据包，如果MLS缓存中含有与之匹配的捷径条目，则MLS-SE就旁路路由器而直接转发该数据包；如果MLS中不含与该数据包相匹配的捷径条目，则MLS-SE将它归为候选包，并在缓存中建立部分捷径（Partial shortcut）。
这样的包采用传统的第二层交换机处理方式处理，并发往与之相连的路由器接口（网关），具体见图3所示。
这里要注意，候选包（帧）必须满足两个标准：目标地址经过MLSP所列的路由器接口的一个MAC地址；不存在捷径条目。
第三步：标识使能包（Enable Packet）
路由器收到并以传统的方式转发数据包。
通过数据包的目标地址路由表得知，这个包应从Fast Ethernet1/0的第二个接口转出，并将包封装为VLAN2帧通过ISL链路送回。
具体过程如图4所示。
此时，路由器已经重写第二层帧的帧头。
同时，路由器不仅改写了ISL头的VLAN号，而且也修改了两个MAC 地址域：源MAC改为路由器出口的MAC地址，目标MAC改为主机B的MAC地址。
虽然数据包的IP地址未改写，但IP包头的生存时间（TTL）值被减1，故 IP包头的校验和也需要做相应的修改。
这个修改后的数据包称为使能包（Enable Packet），当这个数据包从路由器送出并穿过交换机到达目的地主机B时，要履行下列五个功能：
第二层交换机根据使能包的目的地MAC地址，知道该数据包应该从PORT3/1口转发出去；
MLS-SE得知使能包的帧头上源地址是通过Hello过程建立的地址记录之一；
MLS-SE根据使能包目的IP地址查寻在第二步中建立的部分捷径条目；
MLS-SE将与使能包源MAC地址相关联的XTAG值和部分捷径条目的对应XTAG 值相比较，如果匹配，则表明这个使能包与第二步中的候选包来自同一个路由器；
MLS-SE完成该捷径条目的建立过程，该捷径记录将包含重写数据流中的后
续包帧头所需的所有信息。
第四步：直接交换（转发）数据流中的后续包
当后续的数据包被主机A送出后，MLS-SE利用数据包中的目标IP地址查找在第三步建立的完整捷径。
地址匹配后，MLS-SE利用重写引擎修改帧头信息，然后直接转发给主机B（数据包不发给路由器）。
重写操作修改帧头域，其值同第一个被路由器修改的数据包的域值一样。
详见图5所示。
这里需要解释的是，NFFC（NetFlow Feature Card）是装备在三层交换机中的网络流性能卡，它维护第三层交换数据包流的交换表（MLS Cache），作为多层交换的交换引擎部分。
上述这个过程被称为“一次路由，多次交换”。
交换机利用专业化硬件ASIC 来处理数据包，速度相当快，可以达到100Mbps甚至1000Mbps.。