我們曾經提到過，路由器的功能不僅僅是為了實現網絡層的互通，更重要的是用來連接不同鏈路層類型的網絡。可以說，交換機是以太網中的大紅人，但離開以太網，路由器的作用更為重要，比如交換機在MPLS網絡中就無能為力，等等。
在很多企業網中，基本都是由若干採用以太網技術的園區網構建而成，其他局域網技術目前基本上見不到了。也就是說，企業網中大量使用了以太網交換機，用路由器來實現VLAN間互通實在是大材小用，而且速度還慢。路由器往往扮演著更為重要的角色，很少用來實現VLAN間路由。
那麼能不能讓交換機自己來實現VLAN間路由呢？
必須能！我們給交換機增加路由模塊，使之具備路由功能。之前曾經討論過，交換機工作在鏈路層，也叫二層交換機，但如果交換機具備了路由功能，就變成了三層交換機！
三層交換機在網絡中的地位實在太重要了，甚至可以說，企業網中可以沒有路由器，但不能沒有三層交換機！
由於廣播風暴的問題，我們不得不使用VLAN來隔離廣播域，但是用路由器來實現VLAN間互通有很多缺點，而三層交換機則可以完美地解決！
我們來看看三層交換機的特點：
首先，它依然是一臺交換機，同一個VLAN的數據幀還是根據MAC地址錶轉發，這和普通的二層交換機沒什麼區別，如圖中PCB和PCC互訪；
其次，它具有路由功能，可以給每個VLAN創建一個三層SVI接口（Switch Virtual Interface，交換機虛擬接口），給SVI接口配置上IP地址就可以做為這個VLAN的網關。多個VLAN的SVI接口配置的IP地址段就成為了三層交換機的直連路由。
最重要的是，三層交換機在實現VLAN間互通時，具有"一次路由，多次轉發"的特點。這個特點非常牛，讓三層交換機的發展如日中天，也是以太網能夠在局域網領域"一統武林"的有力武器！
我們把三層交換機實現VLAN間路由的功能，稱為MLS（Multiple Layer Switching，多層交換）。
MLS有兩種實現方法：一種叫傳統MLS，另一種叫基於CEF的MLS。
傳統MLS的核心，是通過ASIC（Application Specific Integrated Circuit，專用集成電路）芯片，對被路由的數據包快速執行以太網幀的再封裝操作。由於是由硬件芯片來快速封裝，所以速度非常快。
如圖中PCA訪問PCB的過程是：
1、PCA發送ARP獲取網關的MAC地址為MAC_SVI；
2、PCA把數據幀封裝為：SMAC為MAC_PCA，DMAC為MAC_SVI。源IP為10.1.1.2，目的IP為10.1.2.2，發送給交換機；
3、交換機收到後，查看DMAC，如果不是自己SVI接口的MAC，則根據MAC地址表做二層轉發。否則查看ASIC中是否有MLS匹配項，如果有，直接進行第7步。否則進行第4步；
4、交換機拆除以太網封裝，由路由模塊查找路由表，發現是直連VLAN3的SVI接口（如果這裡沒有匹配的路由，交換機丟棄數據包）；
5、路由模塊發送ARP，獲得PCB的MAC地址；
6、交換機根據PCA、PCB的IP、MAC、交換機SVI、數據幀入接口、出接口等信息在ASIC中創建一條MLS條目；
7、交換機根據ASIC中的MLS條目，把數據幀重新封裝：SMAC為MAC_SVI，DMAC為MAC_PCB，並從連接PCB的端口發出。
PCA發給PCB的第一個數據幀經歷了1~7步後，後續的數據幀交換機只做第3步和第7步即可，即所謂的一次路由，多次轉發！
傳統MLS有兩個特點：一是查找路由表是由軟件而非硬件完成；二是MLS條目記錄了精確的內容，其中任何一項數據改變都不能匹配上。比如PCA訪問PCB後，ASIC中有了對應的MLS條目，但PCA再訪問PCC時，因目的IP地址發生變化，無法匹配上原有的MLS條目，所以第一個數據幀也要從2~7來一遍，在ASIC中創建一條新的PCA到PCC的MLS條目才能快速轉發。所以也有人把這叫做"精確匹配轉發模式"。
基於CEF的MLS的核心，是根據拓撲、路由表預先把查找到的轉發信息存儲在ASIC中，並獲取二層封裝信息，實現數據幀的快速再封裝，轉發速度進一步提升。
CEF（Cisco Express Forwarding，Cisco快速轉發）原是思科的快速轉發技術。它在ASIC中創建了兩個表：一個叫FIB（Forward Information database，轉發信息庫）。FIB很像路由表，有目標網段和掩碼，並採用最長掩碼匹配。每當拓撲、路由表發生變化，交換機都會自動更新FIB表；另一個叫鄰接關係表，保存了數據幀再封裝所用到的MAC地址等信息。交換機預先通過ARP協議獲取FIB表中每一項的下一跳MAC地址，以便數據幀能夠快速再封裝。
如PCA訪問PCB的過程是：
1、PCA發送ARP獲取網關的MAC地址為MAC_SVI；
2、PCA把數據幀封裝為：SMAC為MAC_PCA，DMAC為MAC_SVI。源IP為10.1.1.2，目的IP為10.1.2.2，發送給交換機；
3、交換機收到後，查看DMAC，若不是自己SVI接口的MAC，則根據MAC地址表做二層轉發。否則查看鄰接關係表中是否有MLS匹配項，如果有，直接進行第6步。否則進行第4步；
4、交換機拆除以太網封裝，查找FIB表，向下一跳發送ARP，獲得PCB的MAC地址；
5、交換機根據PCA、PCB的IP、MAC、交換機SVI的MAC、數據幀入接口、出接口等信息在鄰接關係表中創建一條新的MLS條目；
6、交換機根據鄰接關係表中的MLS條目，把數據幀重新封裝：SMAC為MAC_SVI，DMAC為MAC_PCB，並從連接PCB的端口發出。
在以上步驟中，第4步和第5步一般由交換機預先就已經做好，交換機在第3步完成後就到了第6步。如果在第3步的鄰接關係表中沒有找到，交換機不是丟棄幀而是再做一遍第4步和第5步，若第4步的FIB表中還是找不到，則丟棄此幀（一般還是找不到）。
我們注意到，如果PCB和PCC不是交換機直連，而是根據路由表中10.1.2.0/24這條路由訪問，那麼，PCA訪問PCB和PCC就可以匹配上鄰接關係表中的同一條MLS條目，因為它們在FIB中的下一跳相同。所以也有人把這叫做"最長匹配轉發模式"。
傳統MLS和基於CEF的MLS的重要區別：
傳統MLS精確匹配，每個數據流的第一個包都要查找路由表；
基於CEF的MLS查表都由硬件實現，預先就已經根據路由表保存了數據幀的再封裝信息，對到來的數據幀可以直接進行重新封裝並轉發。
小Q：三層交換機收到一個數據幀後，如何判斷要做二層交換還是三層交換？
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