三層交換器學習–三層表項精確匹配和最長相符

1、三層轉寄是必然需要路由資訊的，而轉寄過程中的路由選擇決定了報文的最終出口如何，三層交換器只是將這種路由功能整合到交換晶片中去了。

2、路由選擇存在精確匹配和最長相符兩種方式。

2.1、精確匹配即目的IP地址與路由的地址資訊必須完全吻合；

2.2、最長相符則是選擇所有包含了目的地址的路由中掩碼最長的一條。

2.3、早期的三層交換器上其交換晶片多採用精確匹配的方式它們的硬體三層表項中只包含具體的目的IP地址並不帶掩碼資訊。比如在轉寄目的IP為2.1.1.2的報文時通過軟體尋找匹配了非直連路由2.1.1.0/24那麼就將2.1.1.2的轉寄資訊添加到交換晶片中去如果繼續來了目的IP為2.1.1.3的報文需要轉寄則要重新進行軟體尋找並在交換晶片中為2.1.1.3增加新的表項。這樣的選路方式和表項結構對交換晶片的硬體資源要求很高因為晶片中整合的表項儲存空間是很有限的如果要轉寄大量目的IP地址不同的報文那麼就需要添加大量的硬體表項。曾經泛濫一時的衝擊波病毒就導致了當時大量的只支援精確匹配的三層交換器資源耗盡。因為衝擊波病毒的手段之一就是發送巨大數量的網段掃描報文，而多數三層交換器上都配置了預設路由，這樣所有的報文在CPU軟體尋找時都能夠找到匹配路由，進而針對每一個病毒報文的目的IP都需要新增硬體表項並迅速將硬體資源佔滿。這樣大部分使用者的正常資料流由於轉寄資源耗盡，而得不到高速處理了。
由於精確匹配方式的三層交換器的這種缺陷，後期的三層交換器增加了對最長相符方式的支援--即硬體三層表項中可同時包含IP地址和掩碼在尋找時遵循最長相符原則。這種類型的三層交換器一般在軟體路由表建立時，就將路由資訊添加到硬體三層表中去包括直連路由和非直連路由。對於直連路由對應的硬體三層表項的toCPU標誌位始終置1，報文的目的IP匹配這樣的表項以後被送往CPU處理。CPU軟體會在直連網段發送ARP請求，並將擷取的ARP資訊作為主機路由添加到硬體表項中，對應的toCPU標誌位置0，這樣後續的同樣目的IP的報文就直接通過新添的硬體表項轉寄了。對於非直連路由，下一跳地址的對應ARP資訊還未獲得時，對應的硬體三層表項的toCPU標誌位置1，報文的目的IP匹配這樣的表項以後，被送往CPU處理，CPU軟體會在下一跳地址對應的直連網段發送ARP請求，並使用擷取的ARP資訊中的下一跳MAC、出口VLAN等資訊，更新對應的硬體三層表項，然後將其toCPU標誌位置0，這樣後續的目的IP匹配該非直連路由的報文就能夠直接通過修改後的硬體表項轉寄了。目前大多數的三層交換器均能夠同時支援精確匹配表項和最長相符表項，一般來說精確匹配表項對應於軟體中的ARP表最長相符表項對應於軟體中的直連路由和非直連路由。

3、三層表項的出口資訊

交換器三層轉寄流程中硬體三層表項由目的IP或網段、目的IP或下一跳IP對應MAC、出口VLAN、出連接埠組成，採用這樣表項的三層交換晶片一般直接通過尋找三層轉寄表項就能夠完成轉寄。這種處理機制流程簡單、轉寄效率高，但是也使得CPU軟體對硬體表項的配置控制比較複雜。因為每當IP地址對應的MAC和物理連接埠出現變化，就必須對三層轉寄表項進行更新。而在交換器上二層資訊變化的可能性是比較大的，特別是交換器支援鏈路彙總、產生樹等冗餘機制。所以在某些應用環境中CPU不得不經常的對三層轉寄表進行更新一旦更新出現問題，特別是出連接埠錯誤，必然對轉寄造成嚴重的不利影響。
不過並不是所有三層交換器的硬體三層表項都帶有出連接埠資訊，部分交換晶片使用的硬體表項只包括目的IP或網段、目的IP或下一跳IP對應MAC、出口VLAN。從轉寄流程上來說有以下變化：根據報文的目的IP尋找三層轉寄表後，只得到了目的IP或下一跳IP對應的MAC和出口VLAN，然後繼續根據MACVID去尋找MAC地址表，並最終獲得出連接埠資訊，如果尋找MAC表失敗的話會在出口VLAN進行廣播。這樣的處理機制雖然增加了晶片處理複雜度，但是流程更加清晰、合理，CPU的處理也更加簡單，因為物理出口的變化只需要反映在MAC地址表中就可以了，硬體三層表項無需頻繁更新。
這兩種處理方式的交換晶片各有優勢不同廠商會根據成本、可靠性、產品定位等各方面因素來進行選擇這也使得不同型號的三層交換器在同一應用環境中可能有不同的表現。