2、 提高路由器的硬件性能，無法解決路由器瓶頸問題：

提高路由器的硬件性能(采用更高速，更大容量的內(nèi)存)并不足以改善它的性能。因?yàn)槁酚善鞒擞布瓮猓?quot;復(fù)雜的處理與強(qiáng)大的功能"主要是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，這必然使得它成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸。另外，當(dāng)流經(jīng)路由器的流量超過其吞吐能力時(shí)，將引起路由器內(nèi)部的擁塞。持續(xù)擁塞不僅會(huì)使轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)包被延誤，更嚴(yán)重的是使流經(jīng)路由器的數(shù)據(jù)包丟失。這些都給網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用帶來極大的麻煩。路由器的復(fù)雜性還對(duì)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)工作造成了沉重的負(fù)擔(dān)。例如，要對(duì)網(wǎng)絡(luò)上的用戶進(jìn)行增加、移動(dòng)或改變時(shí)，配置路由器的工作將顯得十分復(fù)雜。

（3 交換機(jī)結(jié)合路由器存在不足：

將交換機(jī)和路由器結(jié)合起來（這也是當(dāng)今大多數(shù)企業(yè)所采用的網(wǎng)絡(luò)解決方案），從功能上來講是可行的。然而，存在顯然不足，不足之出在于：從網(wǎng)絡(luò)用戶的角度看，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)被分為兩種等級(jí)的性能：直接經(jīng)過交換機(jī)處理的數(shù)據(jù)包享受著高速公路快速、穩(wěn)定的傳遞性能；但是那些必須經(jīng)過路由器的數(shù)據(jù)包只能使用慢速通路，當(dāng)流量負(fù)荷嚴(yán)重時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生另人頭痛的延遲。交換機(jī)和路由器是網(wǎng)絡(luò)中不同的設(shè)備，須分別購(gòu)買、設(shè)置和管理，其花費(fèi)必然要多于一個(gè)基于集成化的單一完整的解決方案的花費(fèi)。

1.2.4 第三層交換技術(shù)

局域網(wǎng)交換機(jī)的引入，使得網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)間可獨(dú)享帶寬，消除了無謂的碰撞檢測(cè)和出錯(cuò)重發(fā)，提高了傳輸效率，在交換機(jī)中可并行地維護(hù)幾個(gè)獨(dú)立的、互不影響的通信進(jìn)程。在交換網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，用戶信息只在源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳送，其他節(jié)點(diǎn)是不可見的。但有一點(diǎn)例外，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)上發(fā)送廣播或組播時(shí)，或某一節(jié)點(diǎn)發(fā)送了一個(gè)交換機(jī)不認(rèn)識(shí)的MAC 地址封包時(shí)，交換機(jī)上的所有節(jié)點(diǎn)都將收到這一廣播信息。整個(gè)交換環(huán)境構(gòu)成一個(gè)大的廣播域。點(diǎn)到點(diǎn)是在第二層快速、有效的交換，但廣播風(fēng)暴會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的效率大打折扣。交換機(jī)的速度實(shí)在快，比路由器快的多，而且價(jià)格便宜的多。可以說，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成的技術(shù)中，直接面向用戶的第一層接口和第二層交換技術(shù)方面已得到令人滿意的答案。交換式局域網(wǎng)技術(shù)使專用的帶寬為用戶所獨(dú)享，極大的提高了局域網(wǎng)傳輸?shù)男省５诙咏粨Q也暴露出弱點(diǎn)：對(duì)廣播風(fēng)暴、異種網(wǎng)絡(luò)互連、安全性控制等不能有效地解決。作為網(wǎng)絡(luò)核心、起到網(wǎng)間互連作用的路由器技術(shù)卻沒有質(zhì)的突破。當(dāng)今絕大部分的企業(yè)網(wǎng)都已變成實(shí)施TCP/IP 協(xié)議的Web 技術(shù)的內(nèi)聯(lián)網(wǎng)，用戶的數(shù)據(jù)往往越過本地的網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)際間傳送，因而，路由器常常不堪重負(fù)。傳統(tǒng)的路由器基于軟件，協(xié)議復(fù)雜，與局域網(wǎng)速度相比，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)男瘦^低。但同時(shí)它又作為網(wǎng)段(子網(wǎng)，VLAN)互連的樞紐，這就使傳統(tǒng)的路由器技術(shù)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。隨著Internet/Intranet 的迅猛發(fā)展和B/S(瀏覽器/服務(wù)器)計(jì)算模式的廣泛應(yīng)用，跨地域、跨網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)急劇增長(zhǎng)，業(yè)界和用戶深感傳統(tǒng)的路由器在網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸效應(yīng)。改進(jìn)傳統(tǒng)的路由技術(shù)迫在眉睫。一種辦法是安裝性能更強(qiáng)的超級(jí)路由器，然而，這樣做開銷太大，如果是建設(shè)交換網(wǎng)，這種投資顯然是不合理的。

在這種情況下，一種新的路由技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這就是第三層交換技術(shù)：第三層交換技術(shù)也稱為IP 交換技術(shù)、高速路由技術(shù)等。第三層交換技術(shù)是相對(duì)于傳統(tǒng)交換概念而提出的。眾所周知，傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在OSI 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型中的第二層—數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行操作的，而第三層交換技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。簡(jiǎn)單地說，第三層交換技術(shù)就是：第二層交換技術(shù)＋第三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。這是一種利用第三層協(xié)議中的信息來加強(qiáng)第二層交換功能的機(jī)制。一個(gè)具有第三層交換功能的設(shè)備是一個(gè)帶有第三層路由功能的第二層交換機(jī)，但它是二者的有機(jī)結(jié)合，并不是簡(jiǎn)單的把路由器設(shè)備的硬件及軟件簡(jiǎn)單地疊加在局域網(wǎng)交換機(jī)上。從硬件的實(shí)現(xiàn)上看，目前，第二層交換機(jī)的接口模塊都是通過高速背板/總線(速率可高達(dá)幾十Gbit/s)交換數(shù)據(jù)的，在第三層交換機(jī)中，與路由器有關(guān)的第三層路由硬件模塊也插接在高速背板/總線上，這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊間高速的交換數(shù)據(jù)，從而突破了傳統(tǒng)的外接路由器接口速率的限制(10Mbit/s---100Mbit/s)。在軟件方面，第三層交換機(jī)也有重大的舉措，它將傳統(tǒng)的基于軟件的路由器軟件進(jìn)行了界定，其作法是：

1 ．對(duì)于數(shù)據(jù)封包的轉(zhuǎn)發(fā)：如IP/IPX 封包的轉(zhuǎn)發(fā)，這些有規(guī)律的過程通過硬件得以高速實(shí)現(xiàn)。

2 ．對(duì)于第三層路由軟件：如路由信息的更新、路由表維護(hù)、路由計(jì)算、路由的確定等功能，用優(yōu)化、高效的軟件實(shí)現(xiàn)。假設(shè)兩個(gè)使用IP 協(xié)議的站點(diǎn)通過第三層交換機(jī)進(jìn)行通信的過程，發(fā)送站點(diǎn)A 在開始發(fā)送時(shí)，已知目的站的IP 地址，但尚不知道在局域網(wǎng)上發(fā)送所需要的MAC 地址。要采用地址解析(ARP)來確定目的站的MAC 地址。發(fā)送站把自己的IP 地址與目的站的IP 地址比較，采用其軟件中配置的子網(wǎng)掩碼提取出網(wǎng)絡(luò)地址來確定目的站是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi)。若目的站B 與發(fā)送站A 在同一子網(wǎng)內(nèi)，A 廣播一個(gè)ARP 請(qǐng)求，B 返回其MAC 地址，A 得到目的站點(diǎn)B 的MAC 地址后將這一地址緩存起來，并用此MAC 地址封包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，第二層交換模塊查找MAC 地址表確定將數(shù)據(jù)包發(fā)向目的端口。若兩個(gè)站點(diǎn)不在同一子網(wǎng)內(nèi)，如發(fā)送站A 要與目的站C 通信，發(fā)送站A 要向"缺省網(wǎng)關(guān)"發(fā)出ARP(地址解析)封包，而"缺省網(wǎng)關(guān)"的IP 地址已經(jīng)在系統(tǒng)軟件中設(shè)置。這個(gè)IP 地址實(shí)際上對(duì)應(yīng)第三層交換機(jī)的第三層交換模塊。所以當(dāng)發(fā)送站A 對(duì)"缺省網(wǎng)關(guān)"的IP 地址廣播出一個(gè)ARP 請(qǐng)求時(shí)，若第三層交換模塊在以往的通信過程中已得到目的站B 的MAC 地址，則向發(fā)送站A 回復(fù)B 的MAC 地址；否則第三層交換模塊根據(jù)路由信息向目的站廣播一個(gè)ARP 請(qǐng)求，目的站C 得到此ARP 請(qǐng)求后向第三層交換模塊回復(fù)其MAC 地址，第三層交換模塊保存此地址并回復(fù)給發(fā)送站A 。以后，當(dāng)再進(jìn)行A 與C 之間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，將用最終的目的站點(diǎn)的MAC 地址封包，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程全部交給第二層交換處理，信息得以高速交換。

第三層交換具有以下突出特點(diǎn)：

1. 有機(jī)的硬件結(jié)合使得數(shù)據(jù)交換加速；

2. 優(yōu)化的路由軟件使得路由過程效率提高；

3. 除了必要的路由決定過程外，大部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程由第二層交換處理；

4. 多個(gè)子網(wǎng)互連時(shí)只是與第三層交換模塊的邏輯連接，不象傳統(tǒng)的外接路由器那樣需增加端口，保護(hù)了用戶的投資。

第三層交換的目標(biāo)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(jīng)過路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。第三層交換使用第三層路由協(xié)議確定傳送路徑，此路徑可以只用一次，也可以存儲(chǔ)起來，供以后使用。之后數(shù)據(jù)包通過一條虛電路繞過路由器快速發(fā)送。第三層交換技術(shù)的出現(xiàn)，解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進(jìn)行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器低速、復(fù)雜所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題。當(dāng)然，三層交換技術(shù)并不是網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與路由器的簡(jiǎn)單疊加，而是二者的有機(jī)結(jié)合，形成一個(gè)集成的、完整的解決方案。

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對(duì)用戶應(yīng)用所造成的限制，正是三層交換技術(shù)所要解決的關(guān)鍵問題。目前，市場(chǎng)上最高檔路由器的最大處理能力為每秒25 萬個(gè)包，而最高檔交換機(jī)的最大處理能力則在每秒1000 萬個(gè)包以上，二者相差40 倍。在交換網(wǎng)絡(luò)中，尤其是大規(guī)模的交換網(wǎng)絡(luò)，沒有路由功能是不可想象的。然而路由器的處理能力又限制了交換網(wǎng)絡(luò)的速度，這就是三層交換所要解決的問題。第三層交換機(jī)并沒有象其他二層交換機(jī)那樣把廣播封包擴(kuò)散，第三層交換機(jī)之所以叫三層交換機(jī)是因?yàn)樗鼈兡芸吹枚谌龑拥男畔ⅲ鏘P 地址、ARP 等。因此，三層交換機(jī)便能洞悉某廣播封包目的何在，而在沒有把他擴(kuò)散出去的情形下，滿足了發(fā)出該廣播封包的人的需要，(不管他們?cè)谌魏巫泳W(wǎng)里)。如果認(rèn)為第三層交換機(jī)就是路由器，那也應(yīng)稱作超高速反傳統(tǒng)路由器，因?yàn)榈谌龑咏粨Q機(jī)沒做任何"拆打"數(shù)據(jù)封包的工作，所有路過他的封包都不會(huì)被修改并以交換的速度傳到目的地。目前，第三層交換機(jī)的成熟還有很長(zhǎng)的路，象其它一些新技術(shù)一樣，還待進(jìn)行其協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前很多廠商都宣稱開發(fā)出了第三層交換機(jī)，但經(jīng)國(guó)際權(quán)威機(jī)構(gòu)測(cè)試，作法各異且性能表現(xiàn)不同。另外，可能是基于各廠商占領(lǐng)市場(chǎng)的策略，目前的第三層交換機(jī)主要可交換路由IP/IPX 協(xié)議，還不能處理其它一些有一定應(yīng)用領(lǐng)域的專用協(xié)議。因此，有關(guān)專家認(rèn)為，第三層交換技術(shù)是將來的主要網(wǎng)絡(luò)集成技術(shù)，傳統(tǒng)的路由器在一段時(shí)間內(nèi)還會(huì)得以應(yīng)用，但它將處于其力所能及的位置，那就是處于網(wǎng)絡(luò)的邊緣，去作速度受限的廣域網(wǎng)互聯(lián)、安全控制(防火墻)、專用協(xié)議的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互連等。

1.2.5 三層交換技術(shù)特點(diǎn)

1、 線速路由：

和傳統(tǒng)的路由器相比，第三層交換機(jī)的路由速度一般要快十倍或數(shù)十倍，能實(shí)現(xiàn)線速路由轉(zhuǎn)發(fā)。傳統(tǒng)路由器采用軟件來維護(hù)路由表，而第三層交換機(jī)采用ASIC （Application Specific Integrated Circuit ）硬件來維護(hù)路由表，因而能實(shí)現(xiàn)線速的路由。

2、IP 路由：

在局域網(wǎng)上，二層的交換機(jī)通過源MAC 地址來標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)包的發(fā)送者，根據(jù)目的MAC 地址來轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。對(duì)于一個(gè)目的地址不在本局域網(wǎng)上的數(shù)據(jù)包，二層交換機(jī)不可能直接把它送到目的地，需要通過路由設(shè)備（比如傳統(tǒng)的路由器）來轉(zhuǎn)發(fā)，這時(shí)就要把交換機(jī)連接到路由設(shè)備上。如果把交換機(jī)的缺省網(wǎng)關(guān)設(shè)置為路由設(shè)備的IP 地址，交換機(jī)會(huì)把需要經(jīng)過路由轉(zhuǎn)發(fā)的包送到路由設(shè)備上。路由設(shè)備檢查數(shù)據(jù)包的目的地址和自己的路由表，如果在路由表中找到轉(zhuǎn)發(fā)路徑，路由設(shè)備把該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到其它的網(wǎng)段上，否則，丟棄該數(shù)據(jù)包。專用（傳統(tǒng)）路由器昂貴，復(fù)雜，速度慢，易成為網(wǎng)絡(luò)瓶頸，因?yàn)樗治鏊械膹V播包并轉(zhuǎn)發(fā)其中的一部分，還要和其它的路由器交換路由信息，而且這些處理過程都是由CPU 來處理的（不是專用的ASIC ），所以速度慢。第三層交換機(jī)既能象二層交換機(jī)那樣通過MAC 地址來標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，也能象傳統(tǒng)路由器那樣在兩個(gè)網(wǎng)段之間進(jìn)行路由轉(zhuǎn)發(fā)。而且由于是通過專用的芯片來處理路由轉(zhuǎn)發(fā)，第三層交換機(jī)能實(shí)現(xiàn)線速路由。

3、路由功能

比較傳統(tǒng)的路由器，第三層交換機(jī)不僅路由速度快，而且配置簡(jiǎn)單。在最簡(jiǎn)單的情況（即第三層交換機(jī)默認(rèn)啟動(dòng)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能時(shí)），一旦交換機(jī)接進(jìn)網(wǎng)絡(luò)，只要設(shè)置完VLAN ，并為每個(gè)VLAN 設(shè)置一個(gè)路由接口。第三層交換機(jī)就會(huì)自動(dòng)把子網(wǎng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)流限定在子網(wǎng)之內(nèi)，并通過路由實(shí)現(xiàn)子網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)包交換。管理員也可以通過人工配置路由的方式：設(shè)置基于端口的VLAN ，給每個(gè)VLAN 配上IP 地址和子網(wǎng)掩碼，就產(chǎn)生了一個(gè)路由接口。隨后，手工設(shè)置靜態(tài)路由或者啟動(dòng)動(dòng)態(tài)路由協(xié)議。

4、路由協(xié)議支持：

第三層交換機(jī)可以通過自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能來處理本地IP 包的轉(zhuǎn)發(fā)及學(xué)習(xí)鄰近路由器的地址，同時(shí)也可以通過動(dòng)態(tài)路由協(xié)議RIP1 ，RIP2 ，OSPF 來計(jì)算路由路徑。下面介紹一下RIP 協(xié)議和OSPF 協(xié)議。路由信息協(xié)議（RIP ）是一個(gè)內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（IGP ），主要應(yīng)用在中等規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，RIP 協(xié)議采用距離向量算法，在路由信息中包括了到達(dá)目的IP （向量）的跳躍次數(shù)（距離），跳躍次數(shù)最小的路徑是最優(yōu)路徑。RIP 允許的最大跳躍次數(shù)為15 ，需要跳躍16 次及其以上的目的地址被認(rèn)為是不可達(dá)的。RIP 路由器通過周期性廣播來與鄰近的RIP 路由器交換路由信息，廣播的時(shí)間間隔可以設(shè)定。廣播的內(nèi)容就是整個(gè)路由表。當(dāng)RIP 路由器收到鄰近路由器的路由表后，要經(jīng)過計(jì)算來決定是否更新自己的路由表。如果自己的路由表需要更新，路由器在更新完畢后會(huì)立即把更新的內(nèi)容發(fā)到鄰近的路由器而不必等待廣播間隔時(shí)間的結(jié)束。

引起路由表的變化可能會(huì)有如下原因：

● 啟動(dòng)了一個(gè)新的接口；

● 使用中的接口出現(xiàn)了故障；

● 鄰近路由器的路由表改變；

● 路由表中的某條記錄的生存周期結(jié)束，被自動(dòng)刪除。

RIP 路由器要求在每個(gè)廣播周期內(nèi)，都能收到鄰近路由器的路由信息，如果不能收到，路由器將會(huì)放棄這條路由：如果在90 秒內(nèi)沒有收到，路由器將用其它鄰近的具有相同跳躍次數(shù)（HOP ）的路由取代這條路由；如果在180 秒內(nèi)沒有收到，該鄰近的路由器被認(rèn)為不可達(dá)。RIP 將路由器分為兩種類型，一種是主動(dòng)的，一種是被動(dòng)的。主動(dòng)路由器既可以發(fā)送自己的路由表，也可以接受鄰近路由器的路由表。被動(dòng)路由器只能接受鄰近路由器的路由表。一旦啟動(dòng)了RIP 協(xié)議的某個(gè)端口學(xué)到了一條路由，它將保留這條路由，直到學(xué)到更好的路由。一旦有端口廣播說某條路由失敗了，其它收到這條消息的端口都應(yīng)該對(duì)通過RIP 獲得的路由信息做過時(shí)處理。一條路由如果在180 秒內(nèi)沒有對(duì)外廣播路由信息的話，該路由將會(huì)被認(rèn)為是無效。此外，當(dāng)接口啟動(dòng)RIP 時(shí)，它通過和其直接相連的接口建立路由表。在和鄰近路由器交換路由信息，建立一個(gè)穩(wěn)定的最優(yōu)化的路由表的過程中，有可能出現(xiàn)信息回路。一旦路由器收到了以自己作為中間跳轉(zhuǎn)的路由，肯定出現(xiàn)了信息回路。例如：R2 有一條通往RA 的路由，它把這條路由廣播給了R1 ，但是，在R1 給R2 的路由信息中也有到RA 的路由，而且是以R2 作為轉(zhuǎn)跳路由器，這時(shí)就出現(xiàn)了信息回路。水平分割技術(shù)可以避免這種信息回路的產(chǎn)生。

5、自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能：

有些第三層交換機(jī)具有自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能，該功能可以減少配置的復(fù)雜性。第三層交換機(jī)可以通過監(jiān)視數(shù)據(jù)流來學(xué)習(xí)路由信息，通過對(duì)端口入站數(shù)據(jù)包的分析，第三層交換機(jī)能自動(dòng)的發(fā)現(xiàn)和產(chǎn)生一個(gè)廣播域、VLAN 、IP 子網(wǎng)和更新他們的成員。自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能在不改變?nèi)魏闻渲玫那闆r下，提高網(wǎng)絡(luò)的性能。第三層交換機(jī)啟動(dòng)后就自動(dòng)具有IP 包的路由功能，它檢查所有的入站數(shù)據(jù)包來學(xué)習(xí)子網(wǎng)和工作站的地址，它自動(dòng)地發(fā)送路由信息給鄰近的路由器和三層交換機(jī)，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。一旦第三層交換機(jī)連接到網(wǎng)絡(luò)，它就開始監(jiān)聽網(wǎng)上的數(shù)據(jù)包，并根據(jù)學(xué)習(xí)到的內(nèi)容建立并不斷更新路由表。交換機(jī)在自動(dòng)發(fā)現(xiàn)過程中，不需要額外的管理配置，也不會(huì)發(fā)送探測(cè)包來增加網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)。用戶可以先用自動(dòng)發(fā)現(xiàn)功能來獲得簡(jiǎn)單高效的網(wǎng)絡(luò)性能，然后根據(jù)需要來添加其他的路由、VLAN 等功能。