1. 三層交換機工作原理

三層交換機的工作原理可以用一句話概括為：”一次路由，多次交換“。

首先簡單回顧一下二層交換機的工作原理：

當二層交換機收到一個陌生的數據幀時，

會先將該數據幀的源MAC地址以及收到該幀的接口映射到MAC地址表中；

之后再根據MAC地址表查找該數據幀的目的MAC地址及其所對應的接口，若有則轉發，若無則泛洪。

而到了三層交換機，由于三層交換機既有交換功能，也有路由功能，那么三層交換機的工作原理：

當三層交換機收到一個數據包時，

首先會查看源MAC地址，若是本地MAC地址，則解二層封裝，若不是則丟棄；

解封裝后，查看路由表，找到目的IP地址所對應的出接口和下一跳，然后找到出接口和下一跳的MAC地址，分別作為源MAC地址和目的MAC地址，進行新的二層封裝；

若找不到下一跳的MAC地址，則進行ARP泛洪，若仍未找到則丟棄。

以上過程就是所謂的“一次路由”，此時由于三層交換機經過了路由表、MAC地址表的查找，形成了源IP地址、目的IP地址、源MAC地址、目的MAC地址、入接口、出接口的總的相互映射關系，也就是形成了一張“IP-MAC-接口”的總表，那么三層交換機再次收到相同的數據包時，就可以不再走路由，而是查找這張“總表”直接進行交換過程，這就是所謂的“多次交換”。

路由的查找需要軟件的參與而消耗大量時間，而交換過程可以通過硬件（CAM芯片）可以快速實現。由于三層交換機的“一次路由，多次交換”的工作原理，使得三層交換機節省了大量因查找路由表而損耗的時間，從而大大提高了轉發效率。因此三層交換機廣泛應用在園區網的三層架構中的匯聚層，給內網提供子網間路由，大大提高園區內網的通信速度。

2. 三層交換機不能完全取代路由器的原因

雖然三層交換機有優于路由器的地方，但三層交換機是不可能完全替代路由器的，原因在于：

路由器可以實現不同種網絡的連接，支持更多的路由協議

路由器一般情況下路由性能比三層交換機更強（如CPU，內存等）

路由器能夠實現NAT，而一般交換機沒有NAT功能

歸根結底還是因為普通三層交換機的物理性能通常不如路由器，無法承載路由器某些繁雜的工作（高端三層交換機除外）。

審核編輯：劉清