隨著通信技術的不斷發(fā)展，路由交換技術的應用也非常廣發(fā)，同時技術也在更新升級。首先讓大家了解下L3路由交換技術的起源和發(fā)展，然后全面介紹L3路由交換技術的應用和趨勢。是一定要由ATM網(wǎng)絡事先建立一條端到端的連接，再采用“ShortCut”方式對IP包進行路由。

IPSwitch方式中的RFC1953解決了“多跳”數(shù)量增長的問題，通過軟件提供一種“直通”（Cut-through）來滿足多IP業(yè)務要求，它與RFC1987共同構成IPSwitch基礎。IPSwitch對數(shù)據(jù)包的處理多采用以ATM交換機跨接路由器直通（CUT-THROUGH）處理的方式，即第一個包通過路由器進行檢查、鑒別和處理，以后相同的包由ATM交換機跨接直通傳輸，不再通過路由器。

無論是IPSwitch還是MPOA，這個IP數(shù)據(jù)流都是在虛電路里傳輸，所有IP包都在一個已經(jīng)選定的路由中傳輸，不存在不同的IP包經(jīng)過不同的路由。只是IPSwitch方式每個ATM交換機可獨立處理IP交換，以直通IP數(shù)據(jù)流。但MPOA一定要所有ATM交換機統(tǒng)一動作，所以MPOA方式實施前一定要先建立一條端到端的SVC。除了以上兩種L3路由交換技術之外，在其他領域也相繼產(chǎn)生了第三層路由交換技術。如思科公司的專有技術CEF（思科快速轉發(fā)）、普遍被所有第三層交換機廠家采用的多層路由交換技術MLS以及當前被廣泛推廣的基于IETF標準的多協(xié)議標記交換MPLS。

L3路由交換技術的起源和發(fā)展

基于L2以太網(wǎng)交換技術的多層交換最早起源于校園網(wǎng)絡，后來在IDC中也有較多應用。早期互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務流量模型符合20:80規(guī)則，即80%的流量為本地，20%的流量出網(wǎng)。后來此流量模型發(fā)生逆轉，80%流量來自網(wǎng)段外部，內(nèi)部通信只有20%。因此導致不同的網(wǎng)段之間越來越多的業(yè)務交換。由于每一個L2網(wǎng)段都代表一個廣播域，出于網(wǎng)絡可擴展性的限制，需要在L2以太網(wǎng)交換機上對不同網(wǎng)段劃分不同VLAN，我們知道，在一個多VLAN環(huán)境下，VLAN內(nèi)部采用L2交換，VLAN之間采用L3路由。因此需要在VLAN之間通過路由器進行L3數(shù)據(jù)包轉發(fā)。傳統(tǒng)的路由方式，對IP包的處理性能低于對以太網(wǎng)幀的交換。隨著跨網(wǎng)業(yè)務的增多，與傳統(tǒng)L3包轉發(fā)性能低下的矛盾越來越大。這些因素推動了L3路由交換技術的產(chǎn)生。

L3交換與傳統(tǒng)路由器的區(qū)別，除了路由器采用基于CPU的軟交換，L3交換機通過ASIC之外，它們的主要區(qū)別在于轉發(fā)機制上。L3交換在滿足第三層選路需求的同時，需要滿足對數(shù)據(jù)進行線速轉發(fā)的要求，只有提高了吞吐率，才能徹底解決第三層瓶頸問題。L3交換結合了路由交換技術的優(yōu)點，其高性能是基于“一次路由，多次交換”的機制實現(xiàn)的。在L3交換過程中，L3交換機監(jiān)測進入路由器接口的第一個以太網(wǎng)幀（判斷依據(jù)是以太網(wǎng)幀的目的地址為路由器接口MAC地址），因為這些數(shù)據(jù)幀一定是跨網(wǎng)流量。然后L3交換機需要剝離以太網(wǎng)幀，讀取L3信息，通過查找FIB路由轉發(fā)表，將數(shù)據(jù)包輸出到相應接口。在這同時，L3交換機根據(jù)這個數(shù)據(jù)包的IP地址（源/目的地址）對后續(xù)進入交換機的具有共性的數(shù)據(jù)包進行流（Flow）分類，并對每個流及這個流的輸出端口進行緩存，這個流中的后續(xù)數(shù)據(jù)包不用每次再針對數(shù)據(jù)包的目的地址查找路由表進行L3轉發(fā)，只需將封裝L3數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)幀的目的MAC地址進行更換即可。從而實現(xiàn)了一次路由，多次交換。

由于互聯(lián)網(wǎng)上兩個端點之間可以同時建立多個數(shù)據(jù)流，具有相同的源/目的IP地址，如果設備能根據(jù)IP數(shù)據(jù)包中更多的字段來進行流分類，如根據(jù)協(xié)議類型和TCP/UDP端口號，即可實現(xiàn)對每個會話（Session）的分類，此時的多層交換可以稱為L4第四層交換。如果策略規(guī)定根據(jù)應用對流量進行細化控制，或者需要按應用進行流量統(tǒng)計，L4交換是必需的。其交換原理同L3交換相同，但是會耗費更多的設備資源（CPU和內(nèi)存）。

L3交換的應用和趨勢

隨著以太網(wǎng)路由交換技術的日益成熟，無論是運營商的城域網(wǎng)還是企業(yè)網(wǎng)或校園網(wǎng)，越來越多地采用了第三層交換機組網(wǎng)技術。它帶來的優(yōu)勢顯而易見。首先，建網(wǎng)成本低、組網(wǎng)靈活。L3交換機的選路性能、轉發(fā)性能都已經(jīng)不低于吉比特路由器，但是具有更高的端口密度。L3交換機的每個端口可以靈活配置為交換口或路由口，同時還具備POS接口，設備之間互連，可以通過POS口運行IGP，提供選路功能，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務；通過GE口互連配置為VLANTrunk提供以太透傳業(yè)務。傳統(tǒng)的路由器對L2起到終結作用，無法提供L2透傳業(yè)務。

其次，一定程度上滿足多業(yè)務需求。目前的數(shù)據(jù)業(yè)務，可以劃分為專線業(yè)務和互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務兩大類。L3路由交換技術可以在一個設備上提供兩種業(yè)務。互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務中，對于以太到戶的寬帶小區(qū)用戶，在CPE側通過路由器或交換機以FE/GE接口經(jīng)裸光纖接入ISP城域網(wǎng)的匯聚層（L3交換機）；對于ADSL用戶，匯聚到DSLAM后通過FE/GE上行經(jīng)城域以太網(wǎng)終結到BRAS。這都是基于L3交換機的路由功能實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)路由可達基礎上實現(xiàn)的。目前性能優(yōu)良的L3交換機，支持的路由協(xié)議和路由策略已經(jīng)可以同傳統(tǒng)路由器相比，如對BGP路由條目的支持上、IGP的收斂性能上、路由策略的實施上（PolicyRouting、針對VLANID或端口的CAR）以及網(wǎng)絡安全方面（NAT、ACL、針對EtherType字段的過濾、廣播包過濾）和QoS領域（針對802.1p優(yōu)先級隊列、802.1p與ToS字節(jié)中的IPPrecedence比特位映射），甚至MPLS應用，都提供了較好的解決方案。對于專線業(yè)務，目前L3交換機組網(wǎng)對于提供以太網(wǎng)透傳業(yè)務具有先天的優(yōu)越性。尤其對于點對多點業(yè)務、VLAN堆疊應用、端口綁定等可以提供很好的性能。

當然，任何設備、技術或組網(wǎng)方案都不是萬能的，L3交換機組網(wǎng)的缺陷是網(wǎng)絡環(huán)路保護恢復（通過生成樹協(xié)議）對網(wǎng)絡可擴展性和管理維護簡易性帶來的影響以及在L3交換機互連鏈路中同時支持IGP路由、VLANTrunk及MPLS交換的能力不夠。今后的發(fā)展趨勢，最完美的情況是逐步、徹底替代傳統(tǒng)路由器，實現(xiàn)路由器所支持的所有功能，尤其需要在MPLS的支持能力上加強，如MPLSTE、L3MPLSVPN和L2MPLSVPN技術。屆時，隨著MPLS技術、應用和標準的進一步完善，以L3以太網(wǎng)交換機構建的城域以太網(wǎng)絡將可以提供真正的全業(yè)務，如已知的以太透傳（點到點和點到多點）、互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)，甚至利用L2MPLS技術實現(xiàn)AToM。