什么是多层交换技术

《什么是多层交换技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

什么是多层交换技术   多层交换（也被称做第三层交换技术，或是IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层--数据链路层进行操作的，而多层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，多层交换技术就是：第二层交换技术＋第三层转发技术。   多层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。当然，多层交换技术并不是网络交换机与路由器的简单堆叠，而是二者的有机结合，形成一个集成的、完整的解决方案。从交换与路由谈起1．交换技术如何转发数据？　   局域网交换技术是作为对共享式局域网提供有效的网段划分的解决方案而出现的，他可以使每个用户尽可能地分享到最大带宽。前文已经提到，交换技术是在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层进行操作的，因此交换机对数据包的转发是建立在MAC（MediaAccessControl）地址--物理地址基础之上的，对于IP网络协议来说，它是透明的，即交换机在转发数据包时，不知道也无须知道信源机和信宿机的IP地址，只须其物理地址即MAC地址。交换机在操作过程当中会不断的收集资料去建立它本身的一个地址表，这个表相当简单，它说明了某个MAC地址是在哪个端口上被发现的，所以当交换机收到一个TCP／IP封包时，他便会看一下该数据包的标签部分的目的MAC地址，核对一下自己的地址表以确认该从哪个端口把数据包发出去，由于这个过程比较简单，加上今天这功能由一崭新硬件进行--ASIC(ApplicationSpecificInteratedCircuit)，因此速度相当高，一般只需几十微秒，交换机便可决定一个IP封包该往那里送。      值得一提的是：万一交换机收到一个不认识的封包，就是说如果目的地MAC地址不能在地址表中找到时，交换机会把IP封包"扩散"出去，即把它从每一个端口中送出去，就好象交换机在收到一个广播封包时一样处理。二层交换机的弱点正是它处理广播封包的手法太不有效，比方说，当一个交换机收到一个从TCP/IP工作站上发出来的广播封包时，他便会把该封包传到所有其他端口去，哪怕有些端口上连的是IPX或DECnet工作站!这样一来，非TCP/IP接点的带宽便会受到负面的影响，就算同样的TCP/IP接点，除非他们的子网跟发送那个广播封包的工作站的子网相同，否则他们也会无原无故地收到一些与他们毫不相干的网络广播，整个网络的效率因此会大打折扣。　2．路由器转发数据与交换机有什么不同？　    相比之下，路由器是在OSI七层网络模型中的第三层--网络层操作的，它在网络中，收到任何一个数据包(包括广播包在内)，都要将该数据包第二层(数据链路层)的信息去掉(称为"拆包")，查看第三层信息（IP地址）。然后，根据路由表确定数据包的路由，再检查安全访问表；若被通过，则再进行第二层信息的封装(称为"打包")，最后将该数据包转发。如果在路由表中查不到对应MAC地址的网络地址，则路由器将向源地址的站点返回一个信息，并把这个数据包丢掉。   与交换机相比，路由器显然能够提供构成企业网安全控制策略的一系列存取控制机制。由于路由器对任何数据包都要有一个"拆打"过程，即使是同一源地址向同一目的地址发出的所有数据包，也要重复相同的过程。这导致路由器不可能具有很高的吞吐量，也是路由器成为网络瓶颈的原因之一。　3．提高硬件性能，不解决路由器瓶颈问题　   提高路由器的硬件性能(采用更高速，更大容量的内存)并不足以改善它的性能。因为路由器除了硬件支撑外，其"复杂的处理与强大的功能"主要是通过软件来实现的，这必然使得它成为网络瓶颈。另外，当流经路由器的流量超过其吞吐能力时，将引起路由器内部的拥塞。持续拥塞不仅会使转发的数据包被延误，更严重的是使流经路由器的数据包丢失。这些都给网络应用带来极大的麻烦。路由器的复杂性还对网络的维护工作造成了沉重的负担。例如，要对网络上的用户进行增加、移动或改变时，配置路由器的工作将显得十分复杂。　4．交换机结合路由器同样存在不足　   将交换机和路由器结合起来（这也是当今大多数企业所采用的网络解决方案），从功能上来讲是可行的。然而，存在显然不足，不足之出在于：   从网络用户的角度看，整个网络被分为两种等级的性能：直接经过交换机处理的数据包享受着高速公路快速、稳定的传递性能；但是那些必须经过路由器的数据包只能使用慢速通路，当流量负荷严重时，便会产生另人头痛的延迟。   交换机和路由器是网络中不同的设备，须分别购买、设置和管理，其花费必然要多于一个基于集成化的单一完整的解决方案的花费。多层交换解决了哪些问题   传统的网络结构对用户应用所造成的限制，正是多层交换技术所要解决的关键问题。目前，市场上最高档路由器的最大处理能力为每秒25万个包，而最高档交换机的最大处理能力则在每秒1000万个包以上，二者相差40倍。在交换网络中，尤其是大规模的交换网络，没有路由功能是不可想象的。然而路由器的处理能力又限制了交换网络的速度，这就是多层交换所要解决的问题。   要了解第三层交换并不困难，请先看右下图：假设A跟B以前曾通过交换机通信，中间的交换机如支持第三层交换的话，他便会把A和B的IP地址及他们的MAC地址记录下来，当其它主机如C要和A或B通信时，针对C所发出的寻址封包，第三层交换机会不假思索的送C一个回覆封包告诉他A或B的MAC地址，以后C当然就会用A或B的MAC地址"直接"和他通信。    因为通信双方完全没有通过路由器这样的第三者，所以那怕A、B和C属不同的子网，他们间均可直接知道对方的MAC地址来通信，更重要的是，第三层交换机并没有像其他交换器般把广播封包扩散，第三层交换机之所以叫三层交换器便是因为他们能看懂三层信息，如IP地址、ARP等。因此，三层交换器便能洞悉某广播封包目的何在，而在没有把他扩散出去的情形下，满足了发出该广播封包的人的需要，(不管他们在任何子网里)。如果认为第三层交换机就是路由器，那也应称作超高速反传统路由器，因为第三层交换器没做任何"拆打"数据封包的工作，所有路过他的封包都不会被修改并以交换的速度传到目的地。　比较ATM与千兆以太网　1．快速以太网挡住了ATM向桌面扩张　   在OSI网络体系结构的七层模式中，ATM和千兆以太网只涉及低二层，而第三层交换技术，顾名思义当然属于第三层。在低二层网络技术中，以太网是人们用得最多，因而也是最熟悉的技术。基于ALOHA原理的以太网协议非常简单，网上的节点想发送就可以发送。为了提高效率，又增加了监听和碰撞检测。为满足人们对带宽的不断增长的要求，出现了交换式以太网，它比共享式以太网的传输效率高了许多，而且在每个端口只连接一个站点时，消除了碰撞冲突，可实现全双工通信。随着网络应用的发展，又出现了100Mbps的快速以太网和千兆以太网。可以说以太网的发展史就代表了计算机网络应用的发展历程。它是在满足人们不断增长需求的同时，也在不断地提高和完善自己，因而具有巨大的惯性。廉价、简单、快速的以太网技术挡住了ATM向桌面系统的扩张，至今仍然牢固地占据着LAN的阵地。　2．ATM具有电信网所有特点　   WAN具有和LAN很不一样的特点。由于WAN涉及地域广大，其建设、维护和管理是由电信部门或少数专业公司控制的，形成所谓的公用电信网。它们在向用户提供服务的同时，极力避免用户涉及和干预电信网内部的事情。通常，公用电信网的管理者希望用户把电信网看作是一个黑匣子，仅向用户端设备提供一个简单的用户接口，使用户能方便地使用公用电信网，而把主要的功能尽可能地集中在电信。电话系统就是这种模式中最成功的一个典范。与集维护、管理和使用于一身的LAN不同，在WAN中用户只是使用者，公用电信网的管理者是服务的提供者。由此就形成了WAN的许多特点，例如，为了计费的需要，WAN一般都是面向连接的，因而在传送数据之前，必须先进行耗时颇长的建立连接过程，用完整的全地址来进行呼叫或拨号，在数据传输阶段则使用简化的连接标识符进行通信。随着通信技术的发展，为了提高传输效率，目前在电信网内部把传送数据和传送控制信息的通路分开，形成所谓的带外信令，使得电信网内部的传输协议变得相当复杂。ATM技术起源于B－ISDN，具有电信网技术的所有特点。　3．ATM技术的复杂性　   ATM技术非常复杂，它分为AAL层、ATM层和物理层等三层，每一层又都分为两个子层。在AAL层，用户通常要运行两个协议：一个用来向网络传送控制信息，称为控制面(ControlPlane)；另一个用来传送数据信息，叫做用户面(User Plane)。ATM网内部也使用带外信令机制，ITU和ATM论坛所采用的信令还不一样。ATM是面向连接的传输技术，使用类似于电话号码的十进制数字进行呼叫连接。其呼叫编码目前有四种之多，尚未统一，最长可达20位。在每个ATM交换机上，建立连接过程需要10～30ms的时间，相对于最快10μs的ATM交换机速度而言，10～30ms实在是太长了。此外，为保证服务质量所需的资源预约等也要在此阶段进行，更增加了建立连接的时间。所以现在ATM网中多采用永久虚电路(静态路由)。这就限制了ATM网的伸缩能力。ATM信元的53个字节中，有5个字节的信元头，编码效率不高。其他协议的数据包要经由ATM网传送时，必须在入网处分解转换为ATM信元流，出网时再恢复成原来的数据包。若信道质量不是足够高，或因传输控制策略不佳，就会出现信元丢弃现象，而一个信元的丢弃将导致整个数据包的重传。这些处理都会增加系统开销，加大传输时延，降低ATM网的传输能力。使得广为宣传的、ATM技术的各种优越性大打折扣。   且不提昂贵的价格，只要想象一下在无连接的、突发式的、用户既有使用权、又有管理权的LAN中使用ATM技术将会出现的情况，就不难理解为什么ATM技术不能延伸到LAN领域中去了。