發展中的交換技術

2019-11-03 10:11:29

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發展中的交換技術交換技術背景知識要了解交換技術，就必須先對“開放系統互連參考模型（OSI／RM）”有比較清楚的認識，它是國際標準網絡體系結構，是一個七層模型。該模型包括七層功能及其對應的協議，每層完成一個明確定義的功能集合，并按協議相互通信。每層向上層提供所需服務，同時為了完成本層協議也要使用下層提供的服務。七個層次由下向上依次是：物理層、數據鏈路層、網絡層、傳送層、會話層、表示層與應用層。目前的交換技術的應用平臺就是數據鏈路層（第二層）、網絡層（第三層）和傳送層（第四層）。下面就對這三層的相關知識作簡要介紹：數據鏈路是構成邏輯信道的一段“點對點”式數據通路，建立在物理信道的基礎上，具有它自己的數據傳輸格式（幀）和傳輸控制功能。主要功能是對高層屏蔽傳輸介質的物理特性，保證兩個連接接點（共享一條物理信道）間的無錯數據傳輸，給上層提供無錯的信道服務。簡單說，數據鏈路層為兩個通信實體間提供建立、維持和拆除一條或多條數據鏈路所必須的功能和過程。它遵循HDLC（高級數據鏈路控制）規程。網絡層為進網報文提供具體的邏輯信道（虛擬線路），并控制子網有效地運行，可提供建立、保持和釋放連接的手段，包括路由選擇、流量控制、傳輸確認等，從而保證傳輸層實體之間進行透明地數據傳輸。它遵循X.21協議標準。傳送層的主要功能是為兩個用戶進程之間建立、管理和刪除端對端連接通路，使之可靠而有效。這種連接是從發送主機一端穿過通信子網到達另一主機端的一條虛擬通道。這條虛擬通道可能由一條或多條邏輯信道組成。傳送層為會活層提供進程間連接的接口和服務，它利用通信子網的功能，同時又與之相獨立。根據上面所講的OSI／RM模型產生了許多種標準網絡架構，交換技術就是伴隨著網絡體系結構的發展而迅速發展起來的，它可以實現在網絡站點間轉發數據，是面向連接的數據傳輸，因而一經出現就成為極為重要的網絡技術之一。交換技術思想基礎交換技術是現代數據通信的重要手段，它源自這樣一種思想基礎：現代通信系統建立在多點之間，構成了我們常見的通信網絡。在這一背景下，產生了交換（switching）技術，又稱轉接。其思路是建立一個交換中心，設置一部或多部交換機，將信息在用戶點間進行轉移，這樣可以大大減少用戶點數，使鍵路數N減小。交換技術發展歷程交換技術發端于1993年，當時的交換機運行在數據鏈路層，因此被稱為第二層交換機。它可以訪問MAC（介質訪問層）地址，作出幀轉發的決策，同時構筑自己的轉發表。第二層交換機的應用使網絡帶寬得以提高，并為傳輸圖象音頻等信號提供了技術基礎。但是隨著網絡日新月異的發展，多協議網絡成為主流，對多個子網的連接成為十分普遍的現象，第二層交換機難以滿足網絡對功能的要求。在這種情況下，多協議路由器成為構筑高級網絡的主要數據轉發工具，但它所造成的速度瓶頸及昂貴的價格也令人頭疼。到了1997年，情況開始發生變化，路由交換機出現了，它引進了對第二層幀處理進行優化的ASIC專用集成電路，可以根據一臺外部路由器所創建的路由表以線速傳輸ip信息流，同時，傳統路由器的使用使傳統協議得到支持，路由速度有了較大的提高。不久以后，真正意義上的第三層交換機推出了，它被靠近客戶機布置，能提供刻度級的流量模式控制，并使數據傳輸速度明顯提高，同時它還支持多種路由協議。在其新的ASIC中內置了幀處理器，可以完成網絡層的部分功能，使ASIC更加靈活、易擴展。近一年多來，第四層交換機也在蓄勢待發，它擬采用傳送層信息作出轉發決策，根據端口號構造轉發數據庫，預計它會在要求資源平衡的網絡中發揮作用。通過它可以對各個服務器的轉發表進行編程，通過動態地分配這些基干網絡運行的轉發表，服務器可以更有效地進行伸縮。但是，真正意義上的第四層交換機在市場上還難覓蹤跡。交換技術對網絡的發展具有巨大的推動作用，也為其他網絡技術的出現奠定了基礎，以VLAN技術為例。VLAN是一種極為有用的技術，它可以幫助工作站突破物理位置約束，根據需要靈活地加入不同的邏輯子網。這樣一來，不但解決了各工作站共享傳輸信道所造成的第二層的信道沖突和第三層的廣播風暴問題，而且解放了網橋和路由器，賦予網絡靈活性。VLA技術的實現在很大程度上應歸功于交換技術，是它使靈活劃分邏輯子網成為可能。其他一些新興網絡技術也往往與交換技術發生聯系。新型交換技術特點面向明天的交換技術由于網絡對速度的不懈追求，千兆位以太網開始成為許多單位擴充網絡的首選，這就給交換機提出了兼容性問題；同時，FDDI主干網的廣泛引人及ATM技術的迅猛發展，也對交換機提出了一些新的要求，比如要求交換機要支持MPOA（Multi－PRotocolover ATM）協議等。另外，某些舊有的網絡僅適應某種單一技術，在情況發生變化時，比如原有網絡要擴容，或要架立新網絡，這時，會因要解決兼容性問題而額外支出成本。為了減小支出，要求交換系統應該能保證原有網絡可以與新網無縫連接，并允許采用PPP、幀中繼及ATM等技術。在這種形勢下，交換技術也相應發生了一些變化。高速第三層交換機正在替代基于軟件的路由器，因為后者太慢，不能有效支持新的負載。而前者可提供負載平衡，及自動再路由。而且，更加新型的交換技術也開始浮出水面。新的交換系統包含第二層交換、第三層交換和任何一對一的交換。它的功能十分強大。舉個例子：如果農民不小心鏟斷了你的電纜，肯定會使你大為惱火，因為這樣—來，你首先要投入資金重建網絡；其次，你還有可能會喪失一些重要的商業機會。但新的交換系統使你可以建立一個數據網，輕松跳過這些變故的影響。新交換系統結合強大的千兆網及ATM核心交換與路由，可以實現對于一整套安全設施的管理，包括在業界廣為采用的VPNS（虛擬專用網）。這種交換系統采用邊際交換，使成本更低。總之，它不但可以為你帶來成本的節約、快速建立網絡、充分利用現有設備投資等優點，而且可以實現多種網絡的交換，包括：以太網交換，快速以太網交換，千兆以太網交換，令牌環交換，FDDI交換，局域網到ATM的交換，以及POS系統的交換等。另外，它還能幫助實現ISDN的接入，對主干網的接力訪問等。簡直可以說是神通廣大。新型交換技術的雛形雖然網絡世界的飛速發展不斷使一些“新”事物老去，但對新型交換技術的觀察仍然有助于我們開闊視野，醞釀下一次突破。從當前的實際情況看，新型交換技術的主要特點包括： *整合了多種交換設備為了解決整合性問題，采用IEEE802.1Q虛擬局域網劃分標準，可配置單交換機、交換機堆棧或一組通過標準電纜相連的交換機的虛擬局域網Vlan（VirtUalLan）。可跨多種交換機、任何工作站或服務器，支持接口集合。 *整合了多媒體功能新一代交換機將聲音、視頻與數據整合為一體，使成本大幅降低，實現聲音、視頻及數據的電路仿真。 *增加了交換網的智能智能化使交換網在輔助企業管理中起更大的作用。可以收集動態變化的信息，自動翻譯IP地址，井自動地、動態地分配IP地址；可以鑒定用戶，提供完全的用戶流動性，保持安全與Qos（服務質量）政策；可以管理帶寬，使帶寬優化；保護資源，使交通優先級的決定基于組織變化的要求；還能智能地發布multicast（多路廣播）信息，指導視頻廣播。 * 提高了安全性新一代交換機將防火墻功能集成，而且還可以保護系統的重要資源抵抗來自內部的攻擊。 *提高了支持性不僅支持傳統的SC全雙工接口，還支持新的MT－RJ和VF－45光纖接口；網管支持多種協議，如SNMP，telnet等，還支持RS－232端口訪問；支持堆疊。堆疊后，多臺交換機共享一個交換矩陣，可以實現數據流暢通無阻地通過交換機。 *更加易于管理，富有效率新一代交換系統提供優質的冗余管理和共享負載的能源供應，并增加了IP電話的應用，使交換時代由電話交換轉換為IP交換，交換網變得更加有效。

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