作者：网络之路一天 首发公众号：网络之路博客（ID：NetworkBlog）
单臂路由的形式虽然解决了VLAN间互通的问题，但是呢，里面存在几个比较明显的弊端。
由于早期的路由器只有两个接口，所以只能一根线接到一个二层交换机上面，造成了路径是次优的，比如client2要去Server的流量，它是先从核心交换机到出口路由器，在从出口路由器回到核心交换机，等于是绕路一圈。-
随着VLAN流量的增多，这条链路就会成为瓶颈，不管是去外网的流量还是内网互访的流量都要经过这个链路。
单点线路故障，如果线路出现问题，不管内网的还是去外网的流量都会中断，只有同一个网段内的可以互访。
早期的路由器的性能很差，交换机相对来说发展的快速很多，导致两边设备性能的不对称，比如路由器接口是10M，交换机已经发展到100M了，VLAN间互访的话流量就会被限制在10M。（模拟器是以现在的设备形态出现的，所以支持百兆千兆）
三层交换机的出现（主流解决方案）
由于早期的流量主要在于局域网之间流动，交换机的硬件发展比路由器快，出现了交换专用的处理芯片，专门来实现高速局域网转发，而当时候的路由器是依靠CPU来处理流量的，从VLAN间互访早期的解决方案来看，只要设备里面能够配置这些VLAN所在的网段，并且具有路由功能，那么这个VLAN间互访就可以实现，所以早期网络厂商在交换芯片上面集成了简单的路由功能，让交换机能够有拥有路由转发的功能，并且通过芯片能够实现快速转发，这种交换机被叫做三层交换机，因为它具备处理三层的能力（IP层的内容）。
三层交换机如何来实现的呢？（配置记得保存，后面会重复用到）
路由器通过子接口的形式，形成了多个逻辑的接口来终结对应的VLAN以及打上对应的ID，交换机就是采用了类似的形式，交换机本身就支持VLAN，在VLAN的基础上面也提出了一个逻辑接口，叫做vlanif接口（思科叫做SVI），交换机比路由器智能的地方在于，它可以一个vlan支持一个vlanif接口，等于4095个vlan，可以有4095个vlanif，每个一个vlanif id 处理对应vlan id的流量，先来体验下VLANIF，看看它是如何实现的。
（注意，配置是引用上一篇的，这里只是把路由器的线去掉了，所以VLAN什么的都是创建好的，接口也是配置好的）
如果VLAN间有了互访的需求，那该如何实现呢？（华为华三早期解决方案）【上一篇链接】
核心交换机配置
[Core]interface vlanif 10
[Core-Vlanif10]ip address 192.168.255.254 24
[Core-Vlanif10]interface vlanif 20
[Core-Vlanif20]ip address 192.168.254.254 24
[Core-Vlanif20]int vlanif 30
[Core-Vlanif30]ip address 192.168.253.254 24
[Core-Vlanif30]q看配置是不是非常简单，创建对应VLAN的vlanif接口，配置一个网关地址，就完事了
访问也是可以的，来了解下通信过程。
（1）client 2通过查询发现目的地192.168.255.6与自己不在一个网段，于是将数据交给自己的网关处理，但是ARP表里面没有网关的对应缓存，于是发出去ARP查询，经过办公区二交换机进行二层转发（入E0/0/2接口打上vlan20 tag，记录源MAC+VID+源接口、进行泛洪，从trunk发出）。
（2）核心交换机从G0/0/2口收到该请求包后，记录源MAC+VID+源接口，发现目的MAC是全F，这个时候处理过程就不太一样了，二层交换机它是直接学习源MAC，然后泛洪，但是三层交换机由于配置了对应的vlanif，相当于启用了对应该VLAN的三层路由功能，在执行二层转发的同时，它还会监听是否有找自己的，它会把这个请求包给解除二层头部以及vlan tag，查看ARP的内容，因为这完全有可能是找的自己，所以会执行这个操作。
（3）核心发现是找的自己，于是进行ARP回应，回应的时候，由于是从vlanif20响应的，打上vlan 20的tag，然后通过MAC表从对应接口发送出去，同时在ARP缓存记录记录client 2的IP与MAC地址对应关系，还会将信息添加进三层转发表（client2的IP、MAC、对应VLANIF、出接口）
（4）办公区二通过二层转发（记录源MAC+VID，源接口的，去掉标签）交给client 2，得到网关的MAC地址。
（5）client 2的SYN发出，办公区二进行二层转发（之前已经学习过了，直接查找MAC表），最终抵达核心交换机，交换机一看目的MAC找到是自己，说明需要执行三层转发，于是交换机会查询芯片的三层表项（这里跟路由不一样，路由是直接查询路由表），发现三层表项里面没有对应表项，送往CPU查询路由表。
（6）发现匹配直连网段vlan10（server所在的），继续查找ARP表，发现没有关于服务器的缓存，于是向vlan10里面所有存在的接口发送ARP请求，办公区三二层转发（trunk接口进入，出去的时候access剥离标签），服务器收到请求后，进行回应。
核心交换机到以后，会把服务器的IP与MAC地址记录在ARP表项里面，接着把client 2发送给server的SYN重新封装二层头部（源为出接口，vlanif10的MAC，目的为服务器）发出去，同时会将信息添加进三层转发表（服务器的IP、MAC、对应VLANIF、出接口），有了这个表项，后续client2在发送给服务器的报文直接通过芯片中三层表项直接转发，实现快速转发功能。
办公区三交换机二层转发（trunk接口进入，出去的时候access剥离标签），服务器收到后，进行SYN+ACK回应。
后续的交互就跟上面这些流程一样，完成了整个通信，只是对应的设备都有响应的表项，不用在学习。
同一设备VLAN间路由核心内容总结
1、不管是单臂路由形式还是VLANIF形式，都是依靠路由表来实现，路由表的产生就是依靠在设备的接口上面配置对应的网段地址，这个地址通常作为对应VLAN的网关，路由器依靠逻辑子接口，交换机依靠VLANIF逻辑接口。
2、中间二层交换机通过二层机制进行学习记录源MAC+vid+源接口，从不同接口进入以及出去的数据帧，根据接口的链路类型进行对应的处理，对于全F广播、组播MAC以及未知单播帧进行泛洪，后续表项里面有的直接从对应记录转发出去。
3、路由器或者三层交换机这样拥有路由转发功能的设备，会有多个操作
通常下面的终端发起对其他网段的访问的时候会ARP请求，在这请求跟回应的过程中，三层设备会把该终端的IP以及MAC记录在ARP表项中
路由器在转发的时候通过路由表进行转发，同时会重新封装二层头部信息（重新的内容为该二层链路上面对应的信息），从对应的物理口或者子接口发出。
三层交换机在转发的时候，先查询三层表项，如果有，直接转发，如果没有则通过路由表查询，然后把学习到的信息记录到三层表项中，三层表项通常在缓存进ARP表项后就更新进三层表项，同时也会重新封装二层头部信息，从对应三层表项发出（或者路由表）
三层表项的作用实现的是芯片硬件转发，也就是当交换机查询三层表项没有，会进行路由查询（交由CPU处理），得到表项后，存入三层表项，后续转发通过三层表项直接硬件芯片转发，提高转发效率，节省CPU资源，这个就是现在主流厂商实现的方式，一次路由（首包由CPU处理并且建立三层硬件表项，包含终端的IP、MAC、VLANIF、物理出接口），多次交换（后续包硬件芯片转发），三层表在华为华三设备里面看不到。
4、整体下来是不是感觉，不管是二层设备也好，三层设备也好，都是通过对应的表项进行转发数据，第一次的时候需要进行学习并且记录到对应的表项里面，后续的数据转发直接通过对应的表项进行转发，核心的处理流程就是这样，二层负责打标签、传递标签、剥离标签，记录MAC表，数据到了三层设备，VLAN被终结，去往其他VLAN则通过三层转发来实现。
5、从VLAN、链路类型开始、经过了单臂路由以及三层交换转发，一直在重复的说整个数据包的传递过程，这个是为了大家加深印象，因为这些规则就是设备的工作机制，懂了这些，如果遇到某一个问题，就知道了排查的方向，比如到网关不通，你懂了整个转发的流程，就会去排查中间经过的设备，是不是VLAN没创建、接口类型不对，trunk是不是有放行，只有这些对了，数据才能正常的抵达网关进行通信，同样如果三层之间通信不通，也可以通过查询路由表，网关地址是不是配置对了，以及ARP表项是否学习到了等方面去排查， 这个就是我的初衷，通过反复的去讲解整个的通信过程，大家对于二层到三层转发都有一个很深入的了解，这样不管从学习技术原理的角度、还是排查故障的方向都有很大的帮助，这也是博主我作为这个课程开发的初衷，希望达到的效果。
6、只要二层设备的链路类型、VLAN对了，三层VLANIF以及接口类型对了，路由表、ARP表项正常，那VLAN间的通信就可以正常通信，但是见过很多朋友会去问不用写路由吗，同一个设备上面的VLANIF，配置后就自动产生了直连路由，肯定是不需要的。
华三交换机配置（配置记得保存，后续会用到）
核心交换机
[H3C]sysname Core
[Core]vlan 10
[Core-vlan10]vlan 11
[Core-vlan11]vlan 12
[Core-vlan12]q
//创建VLAN
[Core]interface g1/0/2
[Core-GigabitEthernet1/0/2]port access vlan 12
[Core-GigabitEthernet1/0/2]int g1/0/1
[Core-GigabitEthernet1/0/1]port link-type t
[Core-GigabitEthernet1/0/1]port trunk permit vlan 10 11
//接口类型配置
[Core]interface Vlan-interface 10
[Core-Vlan-interface10]ip add 192.168.10.254 24
[Core-Vlan-interface10]int Vlan-interface 11
[Core-Vlan-interface11]ip add 192.168.11.254 24
[Core-Vlan-interface11]int vlan 12
[Core-Vlan-interface12]iip add 192.168.12.254 24
[Core-Vlan-interface12]q
//VLANIF配置
接入交换机
[H3C]sysname SW1
#
[SW1]vlan 10
[SW1-vlan10]vlan 11
[SW1-vlan11]quit
#
[SW1]interface g1/0/1
[SW1-GigabitEthernet1/0/1]port link-type trunk
[SW1-GigabitEthernet1/0/1]port trunk permit vlan 10 11
[SW1-GigabitEthernet1/0/1]interface g1/0/2
[SW1-GigabitEthernet1/0/2]port access vlan 10
[SW1-GigabitEthernet1/0/2]interface g1/0/3
[SW1-GigabitEthernet1/0/3]port access vlan 11
[SW1-GigabitEthernet1/0/3]quit-
互访的过程跟上面介绍一样，这个主流厂商都是一样的实现机制，包括处理方式
-
三层交换机需要查询 路由表、缓存ARP表项、MAC表 把数据发送出去，为什么说要弄一个三层硬件的转发表项呢，可以想象下，一个设备在转发一个数据包的时候，同时查完路由表，又要查ARP缓存表，然后又查MAC表在转发出去，同时查询三个表项，而三层表项把这些信息汇总到一起，通过硬件芯片维护并且实现快速匹配来减少查询次数，来提高转发的效率。二层交换机则这查询MAC表来转发到对应的接口。
“承上启下”
对于同一个设备间的VLAN转发，我们从最早的解决方案到目前主流的都讲解过了，包括中间的整个转发流程，但是对于新手或者没经验的朋友来说，可能还会存在很多困惑，不知道在实际中如何去使用这个，出现故障后该如何处理，下一篇开始，进入实战环节。
