4.4.2  選路過程

前面對三層轉發過程進行了簡單地闡述。實際上，三層交換機在接收到一個報文后，在需要進行三層轉發時，其選路和轉發的過程還是比較復雜的。為了便于理解和對比，我們先來了解一下路由器的選路過程。

路由器對轉發進行路由時，其步驟如下：

根據報文的目的地址，與路由項進行匹配操作；

匹配的動作是用報文目的地址與路由項的子網掩碼進行“與”；如圖 目的IP10.111.1.88和各表項子網掩碼“與”的結果如下：

10.111.1.88 & 255.255.0.0 ＝ 10.111.0.0

10.111.1.88 & 255.255.255.0 ＝ 10.111.1.0

10.111.1.88 & 255.255.0.0 ＝ 10.111.0.0

如果“與”的結果和路由項中網絡地址相同，則認為路由匹配

所有匹配項中子網掩碼位數最長的為最佳匹配項，報文據此進行轉發（從該表項對應接口發送）

如果找不到匹配項，則根據缺省路由0.0.0.0/0進行轉發

如果沒有缺省路由則報文被丟棄

上述這種路由選路過程稱之為最長匹配（longest-prefix match)。談到這里，不能不提一下路由表和FIB。路由表是根據靜態和動態路由協議生成的，選擇最優路由表項后生成的是FIB。路由器實際轉發報文是利用FIB進行的。

路由器的最長匹配轉發

那么交換機的選路和路由器有什么異同？總的來說，交換機和路由器一樣，也是由軟件來維護路由表和FIB表，但在具體的報文轉發過程中和路由器有很大的區別。

其一：交換機的報文選路轉發通過ASIC硬件進行，效率大大超過路由器；

其二：交換機除了支持最長匹配轉發外（和路由器相同），還支持精確匹配轉發。

與二層交換類似，L3FDB表是三層交換機轉發的基礎。下面我們來具體看看交換機的精確匹配轉發和最長匹配轉發。

交換機的精確匹配轉發

支持精確匹配轉發的L3FDB是類似于二層交換機MAC地址表的Cache；

交換機根據報文的目的IP在L3FDB表中進行查找；

對于能夠在此“Cache”命中的報文，則直接根據表項的端口信息進行轉發；

不能在“Cache”命中的報文將被送到CPU進行軟件路由，路由的原理和路由器完全相同的最長地址匹配；

軟件路由后將把該目的IP添加到L3FDB表中；

如果表項長期不被刷新則會被老化掉；

因此，通過多次地址學習就可以把表項逐一加進來，這樣后續的流量就可以直接Cache命中，不需要軟件路由。這就是三層交換機所謂的“一次路由，多次交換”。

從實際應用角度看，精確匹配轉發是有一定的限制的。因為它對于每一個目的IP在L3FDB表中都會存在一個表項，對硬件的資源要求很高。所以，目前的三層交換機都逐步要求支持最長匹配轉發。

三層交換機轉發精確匹配

交換機的最長匹配轉發

最長匹配轉發也依賴于L3FDB；

L3FDB轉發項通過FIB表項下發建立起來；

對于能夠在此“Cache”命中的報文，則直接進行轉發。”Cache”方式采用最長匹配算法；

不能在“Cache”命中的報文將被轉發到CPU進行軟件路由，路由的原理和路由器完全相同的最長地址匹配。

三層交換機轉發最長匹配

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