三層交換機通過硬件來交換和路由選擇數據包。爲完成在硬件中處理數據包的高層信息，思科交換機使用傳統的MLS(多層交換)體系結構或基於CEF(快速轉發)的MLS體系結構。
1、傳統的MLS
MLS讓ASIC(應用專用集成電路)能夠被路由的數據包執行第二層重寫操作，第二層重寫操作包括重寫源和目標MAC地址，以及寫入重新計算得到的循環冗餘校驗碼(CRC)。
使用傳統MLS時，交換機將數據流中的第一個數據包轉發給第三層引擎，後者以軟件交換的方式對數據包進行處理。對數據流中的第一個數據包進行路由處理後，第三層引擎對硬件交換組件進行程序處理，使之爲後續的數據包選擇路由。
2、基於CEF的MLS
CEF是一種基於拓撲的轉發模型，可預先將所有路由選擇信息加入到轉發信息庫(FIB)中。這樣，交換機就能夠快速查找路由選擇信息。
CEF主要包含如下兩個轉發用的信息表。
轉發信息庫(FIB)：CEF使用FIB來做出基於目標IP前綴的轉發決策。FIB類似於路由表，包含路由表中轉發信息的鏡像。當網絡的拓撲發生變化是，路由表將被更新，而FIB也將隨之變化。FIB中包含下一跳地址信息，這些信息時根據路由表中的信息得到的。使用基於CEF的MLS時，第三層引擎和硬件交換組件都維護一個FIB。
鄰接關係表：在網絡中，如果兩個節點之間在數據鏈路層只有一跳，則它們彼此相鄰。除了FIB外，CEF還使用鄰接關係表來存儲2層編制信息，對於每個FIB條目鄰接關係表中都包含相應的第二層地址。和FIB一樣，使用基於CEF的MLS時，第三層引擎和硬件交換組件都維護一個鄰接關係表。
3、虛擬接口的引入
大家可能沒注意，在交換機中的VLAN1實際就是一個虛擬接口，默認所有接口都屬於這個VLAN，因此不管從哪個端口接入到交換機，都可以遠程連接此交換機，前提是配置IP地址可相關口令。從這點我們可以分析出，我們只需要在三層交換上開啓相關的VLAN，並配置IP地址，該地址就屬於所有該VLAN內主機的網關。
三層交換的配置
1、開啓路由功能
Switch(config)#ip routing
2、創建VLAN並配置地址
列如：在三層交換上創建vlan 10和vlan 20並配置ip地址，實現不同vlan之間的通信。
拓撲圖如下：
三層交換Switch1的配置如下：
Switch1(config)#valn 10
Switch1(config-vlan)#ip add 192.168.1.1 255.255.255.0
Switch1(config-vlan)#no sh
Switch1(config-vlan)#exit
Switch1(config)#valn 20
Switch1(config-vlan)#ip add 192.168.2.1 255.255.255.0
Switch1(config-vlan)#no sh
Switch1(config-vlan)#exit
Switch1(config)#int range f0/0 -1
Switch1(config-if-range)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch1(config-if-range)#switchport mode trunk
Switch1(config-if-range)#no sh
注意：三層交換和二層交換之間的鏈路爲中繼鏈路，應將相應的接口設置爲trunk
二層交換機Switch2的配置如下：
Switch2(config)#valn 10
Switch2(config-vlan)#exit
Switch2(config)#int f0/1
Switch2(config-if)#switchport access vlan 10
Switch2(config-if)#no sh
Switch2(config)#int f0/0
Switch2(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch2(config-if)#switchport mode trunk
Switch2(config-if)#no sh
二層交換機Switch3的配置如下：
Switch3(config)#valn 20
Switch3(config-vlan)#exit
Switch3(config)#int f0/1
Switch3(config-if)#switchport access vlan 20
Switch3(config-if)#no sh
Switch3(config)#int f0/0
Switch3(config-if)#switchport trunk encapsulation dot1q
Switch3(config-if)#switchport mode trunk
Switch3(config-if)#no sh
此時只需要給PC1和PC2配置相應的IP地址以及網關，就可以互相通信了。
注意：如果需要給三層交換的某個接口配置IP地址，需要先進入該接口然後no switchport一下。
Switch1(config-if)#no switchport
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