基本特點(diǎn)：介紹三層交換機(jī)技術(shù)精確匹配查詢，關(guān)于公司之間互聯(lián)的三層交換機(jī)技術(shù)，或者公司的大型網(wǎng)路連接，都是很復(fù)雜的事情，對(duì)于很多人而言，這簡(jiǎn)直讓人摸不著頭腦，盡管這樣，還是有很多人士需要了解三層交換機(jī)技術(shù)的構(gòu)建。

在路由器上，每當(dāng)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，路由器便進(jìn)行路由表的查詢來(lái)找出該數(shù)據(jù)報(bào)的下一跳，然后通過(guò)相應(yīng)的接口發(fā)送出去。路由器查詢路由表采用的是最長(zhǎng)匹配算法，在以前的路由器中，最長(zhǎng)匹配算法采用軟件實(shí)現(xiàn)，而且實(shí)現(xiàn)起來(lái)非常復(fù)雜，導(dǎo)致了效率特別低。

我們可以設(shè)想，能否改變這種最長(zhǎng)匹配的查找思想，而采用精確匹配的查找技術(shù)實(shí)現(xiàn)呢？可以引入一個(gè)高速緩沖區(qū)，用來(lái)存放精確查詢所需要的信息（一般是三層 IP地址跟出口的對(duì)應(yīng)fib表，還關(guān)聯(lián)有一些二層封裝信息Arp表，比如鏈路層頭等），當(dāng)接收到一個(gè)需要進(jìn)行三層轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)幀的時(shí)候。

路由器先查詢高速緩沖區(qū)（采用精確匹配算法，即直接根據(jù)目的IP地址進(jìn)行索引），如果命中，則根據(jù)查詢出的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，如果不能命中，則查詢路由表（采用最長(zhǎng)匹配算法），根據(jù)查詢的結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)更新相應(yīng)的精確查詢緩沖區(qū)，這樣當(dāng)?shù)竭_(dá)同一個(gè)目的地的數(shù)據(jù)報(bào)來(lái)的時(shí)候，就可以直接查詢精確匹配緩沖區(qū)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)了。

跟CAM表一樣，精確匹配查詢項(xiàng)也有一個(gè)定時(shí)機(jī)制，超過(guò)了一定的時(shí)間限制就從緩沖區(qū)中刪除掉，跟CAM表不同的是，三層精確匹配查詢項(xiàng)跟路由表同步，每當(dāng)路由表變化，必定修改精確轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)，來(lái)保證跟路由表的同步。如果數(shù)據(jù)鏈路層是以太網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)層是IP，則這個(gè)三層高速轉(zhuǎn)發(fā)緩沖區(qū)是通過(guò)ARP協(xié)議建立的，我們說(shuō)明它的工作過(guò)程。

開(kāi)始的時(shí)候，三層交換機(jī)技術(shù)只有一張用于路由的路由表（該路由表是通過(guò)路由協(xié)議建立的），而精確匹配的三層轉(zhuǎn)發(fā)表為空，這樣當(dāng)三層交換機(jī)技術(shù)接收到一個(gè)需要進(jìn)行三層交換的數(shù)據(jù)幀時(shí)，它首先查詢?nèi)龑泳_匹配緩沖區(qū)，因?yàn)槿龑愚D(zhuǎn)發(fā)表為空，查詢失敗，于是，三層交換機(jī)技術(shù)通過(guò)最長(zhǎng)匹配算法查詢路由表（根據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)的目的IP地址），查詢的結(jié)果是一個(gè)出口（一般是一個(gè)VLAN接口）和一個(gè)下一跳。于是，有兩中可能的情況：
◆數(shù)據(jù)報(bào)的目的地址跟VLAN接口不在同一個(gè)網(wǎng)段；
◆數(shù)據(jù)報(bào)的目的地址跟VLAN接口在同一個(gè)網(wǎng)段。

在***種情況下，三層交換機(jī)技術(shù)通過(guò)ARP解析來(lái)解析下一跳IP地址，獲得下一跳的MAC地址后，三層交換機(jī)技術(shù)把接收的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行二層封裝，然后發(fā)送給下一跳。在第二種情況下，三層交換機(jī)技術(shù)直接解析數(shù)據(jù)報(bào)的目的IP地址，獲得目的IP地址對(duì)應(yīng)的主機(jī)MAC地址后，直接把該數(shù)據(jù)幀發(fā)送給目的主機(jī)。

不論哪種情況，交換機(jī)進(jìn)行ARP解析的時(shí)候，都會(huì)獲得一個(gè)IP地址跟出口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，同時(shí)還通過(guò)ARP協(xié)議獲得了下一跳的MAC地址，于是，三層交換機(jī)技術(shù)會(huì)把這些數(shù)據(jù)組合成一個(gè)三層精確匹配項(xiàng)，并插入到三層精確匹配緩沖區(qū)里面。這樣當(dāng)?shù)竭_(dá)同一目的地的數(shù)據(jù)報(bào)到來(lái)后，三層交換機(jī)技術(shù)使用精確匹配算法直接查詢高速緩沖區(qū)，根據(jù)查詢的結(jié)果進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

需要說(shuō)明的是，實(shí)現(xiàn)三層精確匹配并不是三層交換機(jī)技術(shù)必須具備的特性。在一些低端交換機(jī)的場(chǎng)合下，最長(zhǎng)匹配查詢采用軟件實(shí)現(xiàn)，效率特別低，因而引入三層精確匹配算法，這是合理而且必須的，但對(duì)一些高端場(chǎng)合，就不適應(yīng)了，在一些高端交換機(jī)上。

最長(zhǎng)匹配算法都是基于硬件實(shí)現(xiàn)的，而且采用了效率很高的樹(shù)查找算法，其效率跟精確匹配算法相差無(wú)幾，而且只采用最長(zhǎng)匹配算法還減少了精確匹配緩沖區(qū)和路由表的同步問(wèn)題，因而在一些基于硬件實(shí)現(xiàn)的三層交換機(jī)技術(shù)上，精確匹配不是必須的。在后面介紹典型實(shí)例分析的時(shí)候，我們會(huì)介紹僅僅采用最長(zhǎng)匹配算法實(shí)現(xiàn)高端三層的交換機(jī)。

本部分有下列要點(diǎn)：三層交換機(jī)技術(shù)為了提高效率，采用了精78確匹配查找算法，在一些高端三層交換機(jī)技術(shù)上，該特性不是必須的，因?yàn)椴捎米铋L(zhǎng)匹配查找算法的效率并不一定比采用精確匹配查找算法效率差。