三层交换机——一次路由，多次转发

之单臂路由

一、序

​ 首先，想要理解三层交换机相关知识，我们需要理解（二层设备）交换机（数据链路层）和（三层设备）路由器（网络层）的相关知识，对二层（数据帧）转发和三层（数据包）转发原理理解的基础上，理解MAC地址表、ARP缓存表和路由表的相关知识。

​ 如果谈到三层交换机必然离不开对VLAN划分和Trunk链路的理解，简单来说，VLAN划分的目的主要是为了解决网络中广播风暴的产生，其导致的结果是属于同一网段不同VLAN的主机是无法正常通信的；而Trunk链路的由来是为了实现不同交换机之间相同VLAN的主机相互通信，那么我们会考虑这样的一个问题：在局域网划分VLAN后，局域网中不同VLAN的主机之间是如何进行互相通信的呢?

​ 这就需要三层交换技术来帮我们解决这样的问题。

​ 说到三层交换就不得不谈一下它的前身：单臂路由——单臂路由（router-on-a-stick）是指在路由器的一个接口上通过配置子接口（或“逻辑接口”，并不存在真正物理接口）的方式，实现原来隔离的不同VLAN（虚拟局域网）之间的互联互通。

那么单臂路由的原理是什么呢？

​ 逻辑子接口的概念：路由器的物理接口可以被划分成多个逻辑接口（或者认为是虚接口），这些被划分后的逻辑接口被形象的称为子接口。值得注意的是这些逻辑子接口不能被单独的开启或关闭，也就是说，当物理接口被开启或关闭时，所有的该接口的子接口也随之被开启或关闭。

二、下面结合一个具体的单臂路由的拓扑图来说明：

​ （1）对交换机进行配置：VLAN划分和Trunk链路搭建

（2）对路由器进行相关配置

（3）配置pc机IP地址，使用wireshark软件抓包分析并进行测试，先给出结果然后看抓包来分析这个过程

抓包结果（选择其中一次ping包数据的（基于ICMP协议）抓包信息来讲述这个过程）：

我选择的是上述发送ping包的最后一次ping通时的结果，即截取出序列号为100-103的一层一层讲述这个过程

（1）首先源IP地址是PC1的，目标IP地址是PC2，发送出去时首先经过交换机，那么此时交换机发现是从vlan10过来的就会标记一个标签，VLAN-ID为10，上图中的ID信息（灰色部分）的确是10，然后将数据发给R1；

（2）此时R1收到后查询路由表，然后发现是自己的直连网段，随即转发出去，其实是回来，但是此时的VLAN-ID转换为20，因为路由器根据自己的逻辑子接口和PC1发送的数据包是可以确定出将要发往哪个VLAN-ID的。所以上图中ID转换为20.从Trunk链路回到交换机，交换机接收到信息后知道是发往VLAN20 ，然后解除标记的ID

（3）当PC2收到信息时，会给出回应，此时源IP地址是PC2，目标IP地址是PC1，而经过交换机时，又被打上标签所以是VLAN20，即上图中ID为20

（4）交换机收到信息后通过Trunk链路发送给路由器，路由器开始匹配路由表，将VLAN ID进行转换在将信息转发出去，所以此时的ID为10.

三、总结：上述实验重点是理解什么是逻辑子接口，而后就是通过抓包来理解单臂路由的原理，其实在单臂路由中，交换机主要负责封装和拆除标签，而路由器主要是负责路由转发和VLAN转换。

其实单臂路由是有其瓶颈的，可以参看下一博客文章，我们将进入三层交换机的世界！