第三层交换机的设计基于对 IP 路由的仔细分析, 把 IP 路由中每个报文都必须经过的过程提取出来, 这个过程是十分简化的过程. IP 路由中绝大多数报文是不包含选项的报文, 因此在多数情况下处理报文 IP 选项的工作是多余的. 不同网络的报文长度是不同的, 为了适应不同的网络, IP 要实现报文分片的功能, 但是在全以太网的环境中, 网络的帧长度是固定的, 因此报文分片也是一个可以省略的工作.
第三层交换技术没有采用路由器的最长地址掩码匹配的方法, 而是使用了精确地址匹配的方法处理, 这样, 有利于硬件的实现快速查找. 它采用了使用高速缓存的方法, 经常使用的主机路由放到了硬件查找表中, 只有在这个高速缓存中无法匹配的项目才会通过软件去转发. 在存储转发过程中使用了流交换方式, 在流交换中, 分析第一个报文确定其是否表示了一个流或者一组具有相同源地址和目的地址的报文.
如果第一个报文具有了正确的特征, 则该标识流中的后续报文将拥有相同的优先权, 同一流中的后续报文被交换到基于第二层的目的地址上, 三层交换机为了实现高速交换, 都采用流交换方式. 其在 IP 路由的处理上进行了改进, 实现了简化的 IP 转发流程, 利用专用的 ASIC 芯片实现硬件的转发, 这样绝大多数的报文处理都可以在硬件中实现了, 只有极少数报文才需要使用软件转发, 整个系统的转发性能能够得以成千倍地增加, 相同性能的设备在成本上也得到大幅度下降.
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