第三層交換機有很多值得學習的地方，這里我們主要介紹第三層交換機與路由瓶頸問題。路由器工作在OSI模型的第三層——網絡層。對于不同規模的網絡，路由器作用的側重點有所不同。在主干網上，路由器的主要作用是路由選擇。

主干網上的路由器，必須知道到達所有下層網絡的路徑。這需要維護龐大的路由表，并對連接狀態的變化作出盡可能迅速的反應。路由器的故障將會導致嚴重的信息傳輸問題。在地區網中，路由器的主要作用是網絡連接和路由選擇，即連接下層各個基層網絡單位——園區網，同時負責下層網絡之間的數據轉發。在園區網內部，路由器的主要作用是分隔子網。早期的互連網基層單位是局域網（LAN），其中所有主機處于同一個邏輯網絡中。隨著網絡規模的不斷擴大，局域網演變成以高速主干和路由器連接的多個子網所組成的園區網。在其中，各個子網在邏輯上獨立，而路由器就是唯一能夠分隔它們的設備，它負責子網間的報文轉發和廣播隔離，在邊界上的路由器則負責與上層網絡的連接。

可見，傳統的路由器在網絡中有路由、轉發、防火墻、隔離廣播等作用。但隨著網絡技術的發展，在大型的局域網絡中，用戶的數據往往越過本地的網絡在網際間傳送，傳統的路由器常常不堪重負。

例如在一個劃分了VLAN以后的網絡中，邏輯上劃分的不同網段之間通信仍然要通過路由器轉發。由于在局域網上，不同VLAN之間的通信數據量很大，這樣，如果路由器要對每一個數據包都路由一次，隨著網絡上數據量的不斷增大，它將成為瓶頸。

第三層交換的概念

第三層交換機技術也稱為IP交換技術、高速路由技術等。這是一種利用第三層協議中的信息來加強第二層交換功能的機制。三層交換（也稱多層交換技術，或IP交換技術）是相對于傳統交換概念而提出的。眾所周知，傳統的交換技術是在OSI網絡標準模型中的第二層——數據鏈路層進行操作的，而三層交換技術是在網絡模型中的第三層交換機實現了數據包的高速轉發。簡單地說，三層交換技術就是：二層交換技術 + 三層轉發技術。

具有第第三層交換機功能的設備是一個帶有第三層路由功能的第二層交換機，但它是二者的有機結合，并不是簡單的把路由器設備的硬件及軟件簡單地疊加在局域網交換機上。第三層交換機的目標是，只要在源地址和目的地址之間有一條更為直接的第二層通路，就沒有必要經過路由器轉發數據包。第三層交換機使用第三層路由協議確定傳送路徑，此路徑可以只用一次，也可以存儲起來，供以后使用。之后數據包通過一條虛電路繞過路由器快速發送。

（1）第三層交換機的種類：

三層交換機可以根據其處理數據的不同而分為純硬件和純軟件兩大類。純硬件的三層技術相對來說技術復雜，成本高，但是速度快，性能好，帶負載能力強。其原理是，采用ASIC芯片，采用硬件的方式進行路由表的查找和刷新。

當數據由端口接口芯片接收進來以后，首先在二層交換芯片中查找相應的目的MAC地址，如果查到，就進行二層轉發，否則將數據送至三層引擎。在三層引擎中，ASIC芯片查找相應的路由表信息，與數據的目的IP地址相比對，然后發送ARP數據包到目的主機，得到該主機的MAC地址，將MAC地址發到二層芯片，由二層芯片轉發該數據包。基于軟件的三層交換機技術較簡單，但速度較慢，不適合作為主干。其原理是，采用CPU用軟件的方式查找路由表。

當數據由端口接口芯片接收進來以后，首先在二層交換芯片中查找相應的目的MAC地址，如果查到，就進行二層轉發否則將數據送至CPU.CPU查找相應的路由表信息，與數據的目的IP地址相比對，然后發送ARP數據包到目的主機得到該主機的MAC地址，將MAC地址發到二層芯片，由二層芯片轉發該數據包。因為低價CPU處理速度較慢，因此這種三層交換機處理速度較慢。

（2）第三層交換機工作原理：

簡單的網絡：A——E——B，A要給B發送數據，已知目的IP，那么A就用子網掩碼取得網絡地址，判斷目的IP是否與自己在同一網段。如果在同一網段，但不知道轉發數據所需的MAC地址，A就發送一個ARP請求，B返回其 MAC地址，A用此MAC封裝數據包并發送給交換機，交換機起用二層交換模塊，查找MAC地址表，將數據包轉發到相應的端口。如果目的IP地址顯示不是同一網段的，那么A要實現和B的通訊，在流緩存條目中沒有對應MAC地址條，就將***個正常數據包發送向一個缺省網關，這個缺省網關一般在操作系統中已經設好，對應第三層路由模塊，所以可見對于不是同一子網的數據，***在MAC表中放的是缺省網關的MAC地址；然后就由三層模塊接收到此數據包，查詢路由表以確定到達B的路由，將構造一個新的幀頭，其中以缺省網關的MAC地址為源MAC地址，以主機B的MAC地址為目的MAC地址。通過一定的識別觸發機制，確立主機A與B的MAC地址及轉發端口的對應關系，并記錄進流緩存條目表，以后的A到B的數據，就直接交由二層交換模塊完成。這就通常所說的一次路由多次轉發。