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3層交換主宰局域網(wǎng)

發(fā)布時(shí)間:2022-12-25 文章來源:深度系統(tǒng)下載 瀏覽:

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是從1990年代中期發(fā)展起來的新技術(shù)，它把互聯(lián)網(wǎng)上分散的資源融為有機(jī)整體，實(shí)現(xiàn)資源的全面共享和有機(jī)協(xié)作，使人們能夠透明地使用資源的整體能力并按需獲取信息。資源包括高性能計(jì)算機(jī)、存儲(chǔ)資源、數(shù)據(jù)資源、信息資源、知識(shí)資源、專家資源、大型數(shù)據(jù)庫(kù)、網(wǎng)絡(luò)、傳感器等。 當(dāng)前的互聯(lián)網(wǎng)只限于信息共享，網(wǎng)絡(luò)則被認(rèn)為是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的第三階段。
現(xiàn)在，網(wǎng)絡(luò)業(yè)界對(duì)“三層交換”這個(gè)詞已經(jīng)不感到陌生了，在中大型規(guī)模網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，以千兆三層交換機(jī)為核心的主流網(wǎng)絡(luò)模型已不勝枚舉。其實(shí)，三層交換從其出現(xiàn)到今天的普及應(yīng)用也不過幾年的時(shí)間，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)加速度式的迅猛發(fā)展勢(shì)頭，實(shí)在快得令人吃驚。
一層與二層
回顧網(wǎng)絡(luò)初期，開始應(yīng)用局域網(wǎng)技術(shù)組網(wǎng)時(shí)，主要局限于主機(jī)連接、文件和打印共享，多個(gè)用戶共享10Mb/s帶寬就能滿足要求。隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的日益擴(kuò)大，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已不能勝任，這是因?yàn)榫钟蚓W(wǎng)最早的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備是集線器,它是一層設(shè)備�；贑SMA/CD物理協(xié)議的用戶數(shù)據(jù)的碰撞檢測(cè)和出錯(cuò)重發(fā)過程，使傳輸?shù)男蚀蟠蠼档汀．?dāng)時(shí)采用了二層設(shè)備網(wǎng)橋，它可起到網(wǎng)段微化、減小碰撞域，從而優(yōu)化局域網(wǎng)性能的目的。但它是對(duì)高層(第三層以上)協(xié)議透明的設(shè)備，不能有效阻止廣播風(fēng)暴，因此需要路由器。路由器在子網(wǎng)間互連、安全控制、廣播風(fēng)暴限制等方面起了關(guān)鍵的作用，但復(fù)雜的算法、較低的數(shù)據(jù)吞吐量使其成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。意識(shí)到以上問題，業(yè)界對(duì)網(wǎng)橋進(jìn)行了改進(jìn)，制造出局域網(wǎng)交換機(jī)，用它替代集線器，以提高網(wǎng)絡(luò)的性能。
局域網(wǎng)交換機(jī)是一種二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，它在操作過程中不斷收集并建立它本身的MAC地址表，而且定時(shí)刷新。它的引入使網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)間可獨(dú)享帶寬，消除了無謂的碰撞檢測(cè)和出錯(cuò)重發(fā)，提高了傳輸效率。而且用戶信息是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)進(jìn)行傳送，其他節(jié)點(diǎn)是不可見的。但二層交換也暴露出它的弱點(diǎn)：不能有效解決廣播風(fēng)暴、異種網(wǎng)絡(luò)互連、安全性控制等問題。因此，產(chǎn)生了交換機(jī)上的VLAN（虛擬局域網(wǎng)）技術(shù)。
三層交換與VLAN
“三層交換”概念的出現(xiàn)，與VLAN有著密不可分的聯(lián)系。事實(shí)上，一個(gè)虛擬網(wǎng)就是邏輯上的子網(wǎng)。為了避免在大型交換機(jī)上進(jìn)行廣播所引起的廣播風(fēng)暴，可將其進(jìn)一步劃分為多個(gè)虛擬網(wǎng)。在一個(gè)虛擬網(wǎng)內(nèi)，由一個(gè)工作站發(fā)出的信息，只能發(fā)送到具有相同虛擬網(wǎng)號(hào)的其他站點(diǎn)，而其他虛擬網(wǎng)的成員收不到這些信息或廣播幀。
由于網(wǎng)絡(luò)變得越來越復(fù)雜，性能要求也越來越高，這就要求網(wǎng)管員能夠成功地部署VLAN，從而使網(wǎng)絡(luò)更加靈活而且易于管理。以往，網(wǎng)管員將3/4的時(shí)間花費(fèi)在維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，確保通信流量的優(yōu)化，并處理移動(dòng)和變更等工作。通常情況下，當(dāng)一名用戶轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)中另一個(gè)物理位置時(shí)，需要重新配置網(wǎng)絡(luò)，甚至還有用戶的工作站需要進(jìn)行大量的管理工作。針對(duì)于此，VLAN的部署就是將通過減少管理網(wǎng)絡(luò)中移動(dòng)與變更所需的資源，從而實(shí)現(xiàn)為用戶節(jié)約大量寶貴的資源。VLAN 技術(shù)還可以在以下關(guān)鍵領(lǐng)域內(nèi)為用戶提供價(jià)值：
比路由器更具有成本效益的廣播控制，有效抑制廣播風(fēng)暴。
支持多媒體應(yīng)用與高效組播控制，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬的有效利用率。
提高網(wǎng)絡(luò)的安全性，各種顯式或隱式的VLAN劃分方法提供基于策略的安全訪問機(jī)制。
網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督與管理的自動(dòng)化，更多的有效的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控。
減少路由需要，基于ASIC技術(shù)，大幅度提高設(shè)備的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)能力。
路由器面臨挑戰(zhàn)
VLAN之間如何通信？簡(jiǎn)單回答就是“通過路由”。因此，這種技術(shù)也引發(fā)出一些新的問題：虛擬網(wǎng)之間通信是不允許的，這也包括地址解析(ARP)封包。要想通信，就需要用路由器橋接這些虛擬網(wǎng)，這就是虛擬網(wǎng)的問題：用交換機(jī)速度快但不能解決廣播風(fēng)暴問題，在交換機(jī)中采用虛擬網(wǎng)技術(shù)可以解決廣播風(fēng)暴問題，但又必須放置路由器來實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)之間的互通。在這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成模式中，路由器是核心。
過去的網(wǎng)絡(luò)在一般情況下按“80/20分配”規(guī)則，即只有20%的流量是通過骨干路由器與中央服務(wù)器或企業(yè)網(wǎng)的其他部分進(jìn)行通信，而80%的網(wǎng)絡(luò)流量主要仍集中在不同的部門子網(wǎng)內(nèi)。 而今天，這個(gè)比例已經(jīng)提高到了50%（“平分秋色”）甚至80%（倒二八，20/80），這是因?yàn)榻裉斓木W(wǎng)絡(luò)正在經(jīng)歷著諸多應(yīng)用的集合影響。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已經(jīng)超越了組件和電子郵件，新型應(yīng)用已經(jīng)如此迅速和深刻地沖擊著網(wǎng)絡(luò)，比如，任何人通過任何一個(gè)瀏覽器便可進(jìn)行訪問設(shè)定的Web網(wǎng)頁(yè)，支持諸如銷售、服務(wù)和財(cái)務(wù)之類商業(yè)功能的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)。
這種變化對(duì)傳統(tǒng)路由器產(chǎn)生了直接的沖擊。因?yàn)閭鹘y(tǒng)的路由器更注重對(duì)多種介質(zhì)類型和多種傳輸速度的支持，而目前數(shù)據(jù)緩沖和轉(zhuǎn)換能力比線速吞吐能力和低時(shí)延更為重要。路由器的高費(fèi)用、低性能，使其成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。但由于網(wǎng)絡(luò)間互連的需求，它又是不可缺少的并處于網(wǎng)絡(luò)的核心位置，雖然也開發(fā)了高速路由器，但是由于其成本太高，僅用于Internet主干部分。
三層交換做什么
在這種情況下，提出了三層交換技術(shù)。三層交換機(jī)是采用Intranet應(yīng)用的關(guān)鍵，它將二層交換機(jī)和三層路由器兩者的優(yōu)勢(shì)有機(jī)而智能化地結(jié)合成一個(gè)靈活的解決方案，可在各個(gè)層次提供線速性能。這種集成化的結(jié)構(gòu)還引進(jìn)了策略管理屬性，不僅使二層與三層相互關(guān)聯(lián)起來，而且還提供流量?jī)?yōu)先化處理、安全訪問機(jī)制以及多種其它的靈活功能。三層交換機(jī)分為L(zhǎng)AN接口層、二層交換矩陣層和三層交換矩陣（路由控制）層三部分。
 
第三層交換機(jī)上的流量實(shí)現(xiàn)
隨著三層交換機(jī)在市場(chǎng)的不斷推廣和應(yīng)用，三層交換技術(shù)及其產(chǎn)品在企業(yè)網(wǎng)/校園網(wǎng)建設(shè)、寬帶IP網(wǎng)絡(luò)建設(shè)（如城域網(wǎng)、智能社區(qū)接入）中得到了大量的應(yīng)用，市場(chǎng)的需求和技術(shù)的發(fā)展雙重拉動(dòng)這種應(yīng)用的縱深發(fā)展。三層交換的應(yīng)用在從最初骨干層、中間的匯聚層一直滲透到邊緣的接入層。不同的廠家也在不斷推出性能越來越好的系列三層交換機(jī)。一般來說，這些三層交換產(chǎn)品都是采用可編程可擴(kuò)展的ASIC芯片技術(shù)，可以提供如下一些豐富的特性：（不同廠家甚至同一廠家的不同系列產(chǎn)品，只能滿足或部分滿足其中的一部分特性）
在所有端口，針對(duì)所有網(wǎng)絡(luò)接口和協(xié)議的無阻塞線速交換和路由。
極高的吞吐量（轉(zhuǎn)發(fā)包／每秒）通常比中高端路由器還要快10倍～100倍。
多協(xié)議路由選擇：IP（RIPv1/v2、OSPF）、IP Multicast（DVMRP、PIM）、IPX等。
支持第二層/三層多種VLAN的劃分：端口/MAC地址/協(xié)議/IP子網(wǎng)/IEEE802.1Q/Cisco ISL。
具有帶寬預(yù)留（RSVP）及具有CoS和QoS的業(yè)務(wù)量?jī)?yōu)先級(jí)處理，支持IEEE802.1p、DifferServ。
可設(shè)定訪問列表控制(Access List Control)的過濾規(guī)則，或基于防火墻的安全策略。
支持PPPoE，支持安全用戶認(rèn)證，配合用戶計(jì)費(fèi)，增強(qiáng)用戶管理特性。
支持以太網(wǎng)帶寬單元遞增分配服務(wù)。
ASIC的可編程性，支持諸如IPv6的技術(shù)和其他未來技術(shù)，保護(hù)用戶投資。
三層交換用在哪
三層交換機(jī)的應(yīng)用其實(shí)很簡(jiǎn)單，主要用途是代替?zhèn)鹘y(tǒng)路由器作為網(wǎng)絡(luò)的核心。因此，凡是沒有廣域網(wǎng)連接需求，同時(shí)需要路由器的地方，都可以用三層交換機(jī)代替。
在企業(yè)網(wǎng)和教學(xué)網(wǎng)中，一般會(huì)將三層交換機(jī)用在網(wǎng)絡(luò)的核心層，用三層交換機(jī)上的千兆端口或百兆端口連接不同的子網(wǎng)或VLAN。因?yàn)槠渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，節(jié)點(diǎn)數(shù)相對(duì)較少。另外，其不需要較多的控制功能，并且要求成本較低。
在目前火爆的寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，三層交換機(jī)一般被放置在小區(qū)的中心和多個(gè)小區(qū)的匯聚層，核心層一般采用高速路由器。這是因?yàn)�，在寬帶網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中網(wǎng)絡(luò)互連僅僅是其中的一項(xiàng)需求，因?yàn)閷拵ЬW(wǎng)絡(luò)中的用戶需求各不相同，因此需要較多的控制功能，這正是三層交換機(jī)的弱點(diǎn)。因此，寬帶網(wǎng)絡(luò)的核心一般采用高速路由器。
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本文章關(guān)鍵詞： 交換 局域網(wǎng)