三層交換機有很多值得學習的地方，這里我們主要介紹主流三層交換機功能和性能，雖然新型的運營商城域網(wǎng)用路由器代替了部分三層交換機的功能，但是目前，三層交換機仍然沒有退出城域網(wǎng)的競爭，很多地市級運營商仍然大量使用了三層交換機構(gòu)建城域網(wǎng)的匯聚層，甚至在核心層面上也引入了三層交換機。因此，也對三層交換機的功能和性能提出了更高的要求。

為適應運營級城域網(wǎng)的要求，目前的三層交換機，尤其是高端三層交換機，在路由轉(zhuǎn)發(fā)能力、接口類型、業(yè)務能力、QoS以及安全、計費、認證等功能上都有了很大的改進和提高。

在路由轉(zhuǎn)發(fā)能力上，傳統(tǒng)的交換機采用“按流轉(zhuǎn)發(fā)+精確匹配”的模式，即在CACHE中存儲了包括源IP地址和目的IP地址的“精確匹配表”，對數(shù)據(jù)流進行精確匹配。由于采用了CACHE技術，并采取按流轉(zhuǎn)發(fā)的方式，轉(zhuǎn)發(fā)速度和效率很高，但受到CACHE容量的限制，當網(wǎng)絡規(guī)模變大，網(wǎng)絡中的地址增多，這種方式就存在著CACHE耗盡的風險，尤其是目前網(wǎng)絡上病毒的泛濫，偽造地址的攻擊越來越多，大量偽造的IP地址將很快耗盡交換機的資源。因此，目前高端三層交換機也采用了類似路由器的“最長匹配”方式，即不匹配完整的IP地址，只根據(jù)網(wǎng)段進行最長匹配，這樣就能更好地適應網(wǎng)絡規(guī)模和流量模式的變化。同時，由于ASIC技術的發(fā)展，這種“最長匹配”也可以由硬件來完成，在不影響轉(zhuǎn)發(fā)速度的情況下使得三層交換機可以適應更復雜的網(wǎng)絡環(huán)境。

傳統(tǒng)的三層交換機只支持以太網(wǎng)接口，即10/100M和1000M以太網(wǎng)接口，但隨著三層交換機應用于城域網(wǎng)環(huán)境，一方面較低的接口速率無法滿足城域網(wǎng)核心層面的轉(zhuǎn)發(fā)需要;另一方面單一的以太網(wǎng)接口也不能適應城域網(wǎng)與廣域網(wǎng)互聯(lián)的需求。10G以太網(wǎng)的標準(IEEE802.3ae)于2002年6月正式頒布，目前，經(jīng)過短短三年的發(fā)展，大多數(shù)主流廠商的高端三層交換機都已經(jīng)支持了10G以太網(wǎng)接口，這使得企業(yè)網(wǎng)、校園網(wǎng)以及運營商城域網(wǎng)的骨干帶寬大大增加。同時，在一些高端的三層交換機上也提供了POS、ATM、E1/E3等廣域網(wǎng)接口，從而使通過三層交換機實現(xiàn)城域網(wǎng)與廣域網(wǎng)的互聯(lián)成為可能，并且使三層交換機可以更加“方便”的成為城域網(wǎng)的核心層設備。

傳統(tǒng)的三層交換機在路由協(xié)議的支持能力方面比較弱，一般只支持RIP等適合小規(guī)模網(wǎng)絡的域內(nèi)路由協(xié)議。目前的三層交換機不僅可以支持RIP、OSPF等域內(nèi)路由協(xié)議，一些高端的三層交換機還可以支持BGP協(xié)議，這樣就大大擴展了三層交換機的應用范圍。隨著VOD等組播業(yè)務的迅速發(fā)展，要求網(wǎng)絡設備也要能夠支持組播功能，目前的三層交換機不僅可以支持IGMP協(xié)議，而且可以支持PIM-SM/DM、DVMRP等組播路由協(xié)議，使得三層交換機既可以部署在網(wǎng)絡的邊緣，又可以在匯聚層或核心層提供組播業(yè)務的支持。

由于MPLS VPN可以實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)的隔離，同時也可以提供QoS保證，因此正在成為IP城域網(wǎng)中重要的增值業(yè)務提供手段。過去的MPLS VPN業(yè)務基本上是在路由器上提供的，即由路由器作為PE設備，而目前，在華為、中興、港灣等國內(nèi)主流廠商的三層交換機上也提供了MPLS VPN功能，這樣可以用位于網(wǎng)絡邊緣的三層交換機作為PE，為LAN接入的用戶更方便的提供MPLS VPN業(yè)務。

提供對業(yè)務流的QoS保證是運營級IP城域網(wǎng)的一個基本能力，目前的三層交換機根據(jù)其在網(wǎng)絡中位置的不同也提供了不同的QoS支持功能。位于網(wǎng)絡邊緣的三層交換機需要完成業(yè)務流分類與流量限制的工作，即根據(jù)數(shù)據(jù)流的特征將業(yè)務流區(qū)分開來，并賦予其不同的優(yōu)先級;或?qū)δ承I(yè)務流的流量進行限制。目前有一些被稱之為“智能交換機”的三層交換機設備，可以基于二到七層的各種信息對數(shù)據(jù)流進行分類，并對命中的數(shù)據(jù)流采取各種QoS策略，如對數(shù)據(jù)流“重新著色”、進行接入速率限制(CAR)或流量整形(GTS)等，這樣就使得網(wǎng)絡邊緣的業(yè)務感知和流量控制更加靈活方便。位于匯聚/核心層的三層交換機可以根據(jù)數(shù)據(jù)流的優(yōu)先級(TOS、DSCP，或MPLS標簽中的ESP字段)進行隊列調(diào)度和區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)。可以說，目前的三層交換機在QoS功能方面與路由器相比已經(jīng)沒有太大的差別。

在病毒、攻擊日益泛濫的今天，網(wǎng)絡的安全問題越來越重要，解決安全問題需要在網(wǎng)絡邊緣支持對非法流量的過濾、對用戶的認證等能力。目前的三層交換機基本都支持配置ACL策略，可以根據(jù)流量特征對非法數(shù)據(jù)流進行過濾，或采用流量限制的策略，這樣就大大限制了病毒或攻擊流量的擴散速度和危害程度。但由于受到ASIC的限制，三層交換機，尤其是中低端的產(chǎn)品所支持的ACL數(shù)量大都比較有限，這個缺陷也制約了三層交換機過濾非法流量的能力。對用戶進行認證，確保只有合法用戶接入網(wǎng)絡也是保證網(wǎng)絡安全的一個重要方面，三層交換機基本都支持802.1x、PPPOE、Web Portal等認證方式，并結(jié)合RADIUS協(xié)議提供對用戶的認證和計費功能。同時，為防止偽造地址或虛假用戶的攻擊，一些交換機還提供了MAC、端口、用戶名、IP、VLAN等多種信息的綁訂功能。

目前的三層交換機設備已經(jīng)不僅僅是二層交換加路由功能的簡單組合，而是成為了在轉(zhuǎn)發(fā)性能、安全特性、QoS等方面都具有較好支持性的，具有多接口類型、多業(yè)務支持能力的綜合業(yè)務承載平臺，為了適應電信級網(wǎng)絡的需要，許多高端的三層交換機還提供了電源、主控板以及交換板的冗余配置。