網路基礎筆記：三層交換機原理與 NAT 地址轉換詳細解析

一、 三層交換機核心原理

三層交換機解決了「單臂路由」的流量瓶頸，核心機制是一次路由、多次交換：

1. 首次通訊時，查詢路由表決定下一跳，並記錄來源 MAC、目的 MAC、VLAN 對應關係，建立「路由表 + ARP 表」的映射快取。
2. 後續同 VLAN 間通訊，直接由硬體高速轉發，不再經由 CPU 處理路由查找，大幅提升效能。

關鍵特性

• 可配置路由表，透過建立虛擬 VLAN 介面（SVI）為各 VLAN 指定閘道 IP。
• 交換機本身的管理 IP 通常配置於專用管理 VLAN 的虛擬介面上。
• 每個 VLAN 介面擁有獨立 MAC 位址。

基本配置步驟

1. 開啟虛擬 VLAN 介面：interface vlan 10
2. 啟用路由功能：ip routing
3. 配置 VLAN 介面 IP：ip address 192.168.10.1 255.255.255.0
4. 建立管理用 VLAN 介面（可選）

二、 NAT（網路位址轉換）三大模式

三、 路由器上 NAT 配置實戰指令

A. 靜態 NAT

configure terminal
ip nat inside source static 192.168.1.10 203.0.113.5
interface g0/0
 ip nat inside
interface g0/1
 ip nat outside

B. 動態 NAT

configure terminal
access-list 1 permit 172.16.0.0 0.0.0.255
ip nat pool MY_POOL 203.0.113.10 203.0.113.20 netmask 255.255.255.0
ip nat inside source list 1 pool MY_POOL
interface g0/0
 ip nat inside
interface g0/1
 ip nat outside

注意： 同一時間最多支援公有 IP 池大小的並發連線，用完即無法上網。

C. PAT（埠多工）

# 方式一：指定單一公有 IP
ip nat pool MY_POOL 203.0.113.5 203.0.113.5 netmask 255.255.255.0
ip nat inside source list 1 pool MY_POOL overload

# 方式二：直接使用外部介面 IP（適用於動態取得公網 IP 的場景）
ip nat inside source list 1 interface g0/1 overload