三層交換技術及其應用

2019-11-03 10:21:13

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供稿：網(wǎng)友

郭仕剛狄強
深圳市中興通訊股份有限公司南京研究所

　　摘要本文從二層交換技術到三層交換技術，從三層交換技術的產(chǎn)生、工作原理、實現(xiàn)與應用以及從數(shù)據(jù)交換技術發(fā)展趨勢等方面詳細地論述了三層交換技術。

　　關鍵詞數(shù)據(jù)交換二層交換三層交換路由技術

1 前言

　　隨著Internet的發(fā)展，局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)技術得到了廣泛的推廣和應用。數(shù)據(jù)交換技術從簡單的電路交換發(fā)展到二層交換，從二層交換又逐漸發(fā)展到今天較成熟的三層交換，以致發(fā)展到將來的高層交換。

2 三層交換技術的產(chǎn)生

　　二層交換技術從網(wǎng)橋發(fā)展到VLAN（虛擬局域網(wǎng)），在局域網(wǎng)建設和改造中得到了廣泛的應用。第二層交換技術是工作在OSI七層網(wǎng)絡模型中的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層。它按照所接收到數(shù)據(jù)包的目的MAC地址來進行轉發(fā)，對于網(wǎng)絡層或者高層協(xié)議來說是透明的。它不處理網(wǎng)絡層的ip地址，不處理高層協(xié)議的諸如TCP、UDP的端口地址，它只需要數(shù)據(jù)包的物理地址即MAC地址，數(shù)據(jù)交換是靠硬件來實現(xiàn)的，其速度相當快，這是二層交換的一個顯著的優(yōu)點。但是，它不能處理不同IP子網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換。傳統(tǒng)的路由器可以處理大量的跨越IP子網(wǎng)的數(shù)據(jù)包，但是它的轉發(fā)效率比二層低，因此要想利用二層轉發(fā)效率高這一優(yōu)點，又要處理三層IP數(shù)據(jù)包，三層交換技術就誕生了。

3 三層交換技術的工作原理

　　第三層交換工作在OSI七層網(wǎng)絡模型中的第三層即網(wǎng)絡層，是利用第三層協(xié)議中的IP包的包頭信息來對后續(xù)數(shù)據(jù)業(yè)務流進行標記，具有同一標記的業(yè)務流的后續(xù)報文被交換到第二層數(shù)據(jù)鏈路層，從而打通源IP地址和目的IP地址之間的一條通路。這條通路經(jīng)過第二層鏈路層。有了這條通路，三層交換機就沒有必要每次將接收到的數(shù)據(jù)包進行拆包來判斷路由，而是直接將數(shù)據(jù)包進行轉發(fā)，將數(shù)據(jù)流進行交換。

4 三層交換技術的實現(xiàn)與應用實例

　　三層交換技術可以在以太網(wǎng)交換機和ATM交換機中實現(xiàn)，其實現(xiàn)的原理一樣，但實現(xiàn)的復雜程度稍有不同，封裝方式不同。

　　基于不同的考慮，各公司的產(chǎn)品在具體的實現(xiàn)上略有不同，采用的芯片也有不同，有的公司采用ASIC，有的采用RISC，有的采用網(wǎng)絡處理器等等。當然，采用不同等級的芯片，對數(shù)據(jù)包的轉發(fā)效率，網(wǎng)絡流量的控制和三層交換機的整體性能是有影響的。

　　在當今信息高速發(fā)展過程中，三層交換機廣泛地應用到了一些大型企業(yè)網(wǎng)和教育網(wǎng)中，尤其是ATM交換機在網(wǎng)絡建設中更為火爆，廣泛地深入到了網(wǎng)絡的骨干層、匯聚層和接入層。

　　建立大容量的三層交換系統(tǒng)是當今網(wǎng)絡設備制造商的當務之急，中興通訊公司的寬帶網(wǎng)絡產(chǎn)品ZXB10系列正是基于這種考慮而研制出的，具有三層交換技術業(yè)務的ZXB10系列包括四個品種，即ZXB10-BX：寬帶核心交換機；ZXB10-AX：寬帶接入交換機； ZXB10-MX：寬帶業(yè)務復用器；ZXB10-SX：寬帶業(yè)務接入器，均屬于ATM交換機系列。

5 數(shù)據(jù)交換技術的發(fā)展前景

　　交換技術在不斷地發(fā)展，將來要發(fā)展到什么地步，很難以定論，但可以肯定，OSI七層網(wǎng)絡模型的每一層是可以實現(xiàn)的。在2000年，國家信息產(chǎn)業(yè)部針對第二層和第三層相結合的技術制定出了《多協(xié)議標記交換（MPLS）總體技術要求》，這是交換技術的又一大進步。目前，學術界已經(jīng)提出了從第四層到第七層的高層交換技術的概念，我們期盼成熟的高層交換機早日面世。交換技術能否超越OSI七層網(wǎng)絡模型？這是擺在我們面前的一個新課題。

6 結束語

　　三層交換技術與傳統(tǒng)的路由技術不同，傳統(tǒng)的路由技術是通過一定的路由算法來選擇到達各個子網(wǎng)的最佳路徑，實現(xiàn)路由選擇和網(wǎng)絡互連；而三層交換技術是利用L3層中的IP數(shù)據(jù)包的包頭信息來加強L2層交換，以期解決路由技術中轉發(fā)效率較低的技術瓶頸。三層交換技術在現(xiàn)在的網(wǎng)絡建設和改造中起著越來越重要的作用，逐漸從局域網(wǎng)LAN進軍到了廣域網(wǎng)WAN。

摘自《中國數(shù)據(jù)通信》