我们曾经提到过，路由器的功能不仅仅是为了实现网络层的互通，更重要的是用来连接不同链路层类型的网络。可以说，交换机是以太网中的大红人，但离开以太网，路由器的作用更为重要，比如交换机在MPLS网络中就无能为力，等等。
在很多企业网中，基本都是由若干采用以太网技术的园区网构建而成，其他局域网技术目前基本上见不到了。也就是说，企业网中大量使用了以太网交换机，用路由器来实现VLAN间互通实在是大材小用，而且速度还慢。路由器往往扮演着更为重要的角色，很少用来实现VLAN间路由。
那么能不能让交换机自己来实现VLAN间路由呢？
必须能！我们给交换机增加路由模块，使之具备路由功能。之前曾经讨论过，交换机工作在链路层，也叫二层交换机，但如果交换机具备了路由功能，就变成了三层交换机！
三层交换机在网络中的地位实在太重要了，甚至可以说，企业网中可以没有路由器，但不能没有三层交换机！
由于广播风暴的问题，我们不得不使用VLAN来隔离广播域，但是用路由器来实现VLAN间互通有很多缺点，而三层交换机则可以完美地解决！
我们来看看三层交换机的特点：
首先，它依然是一台交换机，同一个VLAN的数据帧还是根据MAC地址表转发，这和普通的二层交换机没什么区别，如图中PCB和PCC互访；
其次，它具有路由功能，可以给每个VLAN创建一个三层SVI接口（Switch Virtual Interface，交换机虚拟接口），给SVI接口配置上IP地址就可以做为这个VLAN的网关。多个VLAN的SVI接口配置的IP地址段就成为了三层交换机的直连路由。
最重要的是，三层交换机在实现VLAN间互通时，具有"一次路由，多次转发"的特点。这个特点非常牛，让三层交换机的发展如日中天，也是以太网能够在局域网领域"一统武林"的有力武器！
我们把三层交换机实现VLAN间路由的功能，称为MLS（Multiple Layer Switching，多层交换）。
MLS有两种实现方法：一种叫传统MLS，另一种叫基于CEF的MLS。
传统MLS的核心，是通过ASIC（Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路）芯片，对被路由的数据包快速执行以太网帧的再封装操作。由于是由硬件芯片来快速封装，所以速度非常快。
如图中PCA访问PCB的过程是：
1、PCA发送ARP获取网关的MAC地址为MAC_SVI；
2、PCA把数据帧封装为：SMAC为MAC_PCA，DMAC为MAC_SVI。源IP为10.1.1.2，目的IP为10.1.2.2，发送给交换机；
3、交换机收到后，查看DMAC，如果不是自己SVI接口的MAC，则根据MAC地址表做二层转发。否则查看ASIC中是否有MLS匹配项，如果有，直接进行第7步。否则进行第4步；
4、交换机拆除以太网封装，由路由模块查找路由表，发现是直连VLAN3的SVI接口（如果这里没有匹配的路由，交换机丢弃数据包）；
5、路由模块发送ARP，获得PCB的MAC地址；
6、交换机根据PCA、PCB的IP、MAC、交换机SVI、数据帧入接口、出接口等信息在ASIC中创建一条MLS条目；
7、交换机根据ASIC中的MLS条目，把数据帧重新封装：SMAC为MAC_SVI，DMAC为MAC_PCB，并从连接PCB的端口发出。
PCA发给PCB的第一个数据帧经历了1~7步后，后续的数据帧交换机只做第3步和第7步即可，即所谓的一次路由，多次转发！
传统MLS有两个特点：一是查找路由表是由软件而非硬件完成；二是MLS条目记录了精确的内容，其中任何一项数据改变都不能匹配上。比如PCA访问PCB后，ASIC中有了对应的MLS条目，但PCA再访问PCC时，因目的IP地址发生变化，无法匹配上原有的MLS条目，所以第一个数据帧也要从2~7来一遍，在ASIC中创建一条新的PCA到PCC的MLS条目才能快速转发。所以也有人把这叫做"精确匹配转发模式"。
基于CEF的MLS的核心，是根据拓扑、路由表预先把查找到的转发信息存储在ASIC中，并获取二层封装信息，实现数据帧的快速再封装，转发速度进一步提升。
CEF（Cisco Express Forwarding，Cisco快速转发）原是思科的快速转发技术。它在ASIC中创建了两个表：一个叫FIB（Forward Information database，转发信息库）。FIB很像路由表，有目标网段和掩码，并采用最长掩码匹配。每当拓扑、路由表发生变化，交换机都会自动更新FIB表；另一个叫邻接关系表，保存了数据帧再封装所用到的MAC地址等信息。交换机预先通过ARP协议获取FIB表中每一项的下一跳MAC地址，以便数据帧能够快速再封装。
如PCA访问PCB的过程是：
1、PCA发送ARP获取网关的MAC地址为MAC_SVI；
2、PCA把数据帧封装为：SMAC为MAC_PCA，DMAC为MAC_SVI。源IP为10.1.1.2，目的IP为10.1.2.2，发送给交换机；
3、交换机收到后，查看DMAC，若不是自己SVI接口的MAC，则根据MAC地址表做二层转发。否则查看邻接关系表中是否有MLS匹配项，如果有，直接进行第6步。否则进行第4步；
4、交换机拆除以太网封装，查找FIB表，向下一跳发送ARP，获得PCB的MAC地址；
5、交换机根据PCA、PCB的IP、MAC、交换机SVI的MAC、数据帧入接口、出接口等信息在邻接关系表中创建一条新的MLS条目；
6、交换机根据邻接关系表中的MLS条目，把数据帧重新封装：SMAC为MAC_SVI，DMAC为MAC_PCB，并从连接PCB的端口发出。
在以上步骤中，第4步和第5步一般由交换机预先就已经做好，交换机在第3步完成后就到了第6步。如果在第3步的邻接关系表中没有找到，交换机不是丢弃帧而是再做一遍第4步和第5步，若第4步的FIB表中还是找不到，则丢弃此帧（一般还是找不到）。
我们注意到，如果PCB和PCC不是交换机直连，而是根据路由表中10.1.2.0/24这条路由访问，那么，PCA访问PCB和PCC就可以匹配上邻接关系表中的同一条MLS条目，因为它们在FIB中的下一跳相同。所以也有人把这叫做"最长匹配转发模式"。
传统MLS和基于CEF的MLS的重要区别：
传统MLS精确匹配，每个数据流的第一个包都要查找路由表；
基于CEF的MLS查表都由硬件实现，预先就已经根据路由表保存了数据帧的再封装信息，对到来的数据帧可以直接进行重新封装并转发。
小Q：三层交换机收到一个数据帧后，如何判断要做二层交换还是三层交换？
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