Switch)、工作组型交换机(Workgroup Switch)和校园网交换机(Campus Switch)三类。桌面型交换机是最常见的一种交换机,使用最广泛,尤其是在一般办公室、小型机房和业务受理较为集中的业务部门、多媒体制作中心、网站管理中心等部门。在传输速度上,现代桌面型交换机大都提供多个具有10/100M自适应能力的端口。工作组型交换机常用来作为扩充设备,在桌面型交换机不能满足需求时,大多直接考虑工作组型交换机。虽然工作组型交换机只有较少的端口数量,但却支持较多的MAC地址,并具有良好的扩充能力,端口的传输速度基本上为100M。校园网交换机的应用相对较少,仅应用于大型网络,且一般作为网络的骨干交换机,并具有快速数据交换能力和全双工能力,可提供容错等智能特性,还支持扩充选项及第三层交换中的虚拟局域网(VLAN)等多种功能。
根据交换技术的不同,有人又把交换机分为端口交换机、帧交换机和信元交换机三种。与桥接器不同的是,端口交换机转发延迟很小,操作接近单局域网性能,远远超过了普通桥接互联网之间的转发性能。端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中,这类集线器的背板通常划分有多条以太网段,不用网桥或路由器连接,网络之间是互不相通的。以太主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上。端口交换用于将以太模块的端口在背板多个网段之间进行分配、平衡。帧交换是目前应用最广泛的局域网交换技术,它通过对传统传输媒介进行微分段,提供并行传送的机制,以减小冲突域、获得高的带宽。ATM技术代表了网络和通信中众多难题的一剂“良药”。ATM采用固定长度为53个字节的信元交换。由于长度固定,因而便于用硬件实现。ATM采用专用的非差别连接,并行运行,可以通过一个交换机同时建立多个节点,但不会影响每个节点之间的通信能力。ATM还容许在源节点和目标节点之间的通信能力。ATM采用统计时分电路进行复用,因而能大大提高通道利用率。ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数G比特传送能力。
事实上,从应用的角度划分,交换机又可分为电话交换机(PBX)和数据交换机(Switch)。当然,目前非常时髦的在数据上的语音传输VoIP又有人称之为“软交换机”。
三层交换技术解析
简单地说,三层交换技术就是:二层交换技术+三层转发技术。它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。 一、什么是三层交换
三层交换(也称多层交换技术,或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,而三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,三层交换技术就是:二层交换技术+三层转发技术。 三层交换技术的出现,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。 二、三层交换原理
一个具有三层交换功能的设备,是一个带有第三层路由功能的第二层交换机,但它是二者的有机结合,并不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。
其原理是:假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信,发送站点A在开始发送时,把自己的IP地址与B站的IP地址比较,判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内,则进行二层的转发。若两个站点不在同一子网内,如发送站A要与目的站B通信,发送站A要向“缺省网关”发出ARP(地址解析)封包,而“缺省网关”的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。当发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时,如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址,则向发送站A回复B的MAC地址。否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP请求,B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址,三层交换模块保存此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。从这以后,当A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理,信息得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三层处理,绝大部分数据都通过二层交换转发,因此三层交换机的速度很快,接近二层交换机的速度,同时比相
同路由器的价格低很多。 三、三层交换机种类
三层交换机可以根据其处理数据的不同而分为纯硬件和纯软件两大类。 (1)纯硬件的三层技术相对来说技术复杂,成本高,但是速度快,性能好,带负载能力强。其原理是,采用ASIC芯片,采用硬件的方式进行路由表的查找和刷新。 当数据由端口接口芯片接收进来以后,首先在二层交换芯片中查找相应的目的MAC地址,如果查到,就进行二层转发,否则将数据送至三层引擎。在三层引擎中,ASIC芯片查找相应的路由表信息,与数据的目的IP地址相比对,然后发送ARP数据包到目的主机,得到该主机的MAC地址,将MAC地址发到二层芯片,由二层芯片转发该数据包。
(2)基于软件的三层交换机技术较简单,但速度较慢,不适合作为主干。其原理是,采用CPU用软件的方式查找路由表。
当数据由端口接口芯片接收进来以后,首先在二层交换芯片中查找相应的目的MAC地址,如果查到,就进行二层转发否则将数据送至CPU。CPU查找相应的路由表信息,与数据的目的IP地址相比对,然后发送ARP数据包到目的主机得到该主机的MAC地址,将MAC地址发到二层芯片,由二层芯片转发该数据包。因为低价CPU处理速度较慢,因此这种三层交换机处理速度较慢。 四、市场产品选型
近年来宽带IP网络建设成为热点,下面以适合定位于接入层或中小规模汇聚层的第三层交换机产品为例,介绍一些三层交换机的具体技术。在市场上的主流接入第三层交换机,主要有Cisco的Catalyst2948GL3、Extreme的Summit24和AlliedTelesyn的Rapier24等,这几款三层交换机产品各具特色,涵盖了三层交换机大部分应用特性。当然在选择第三层交换机时,用户可根据自己的需要,判断并选择上述产品或其他厂家的产品,如北电网络的Passport/Acceler系列、原Cabletron的SSR系列(在Cabletron一分四后,大部分SSR三层交换机已并入Riverstone公司)、Avaya的CajunM系列、3Com的Superstack34005系列等。此外,国产网络厂商神州数码网络、TCL网络、上海广电应确信、紫光网联、首信等都已推出了三层交换机产品。下面就其中三款产品进行介绍,使您能够较全面地了解三层交换机,并针对自己的情况选择合适的机型。
Cisco Catalyst 2948GL3交换机结合业界标准IOS提供完整解决方案,在版本12.0(10)以上全面支持IOS访问控制列表ACL,配合核心Catalyst6000,可完成端到端全面宽带城域网的建设(Catalyst6000使用MSFC模块完成其多层交换服务,并已停止使用RSM路由交换模块,IOS版本6.1以上全面支持ACL)。 Extreme公司三层交换产品解决方案,能够提供独特的以太网带宽分配能力,切割单位为500kbps或200kbps,服务供应商可以根据带宽使用量收费,可实现音频和视频的固定延迟传输。
AlliedTelesyn公司Rapier24三层交换机提供的PPPoE特性,丰富和完善了用户认证计费手段,可适合多种接入网络,应用灵活,易于实现业务选择,同时又保护目前用户的已有投资,另可配合NAT(网络地址转换)和DHCP的Server等功能,为许多服务供应商看好。
总之,三层交换机从概念的提出到今天的普及应用,虽然只历经了几年的时间,但其扩展的功能也不断结合实际应用得到丰富。随着ASIC硬件芯片技术的发展和实际应用的推广,三层交换的技术与产品也会得到进一步发展。
第三层交换技术
在今天的网络建设中,新出现的三层交换机已成为我们的首选。它以其高效的性能、优良的性能价格比得到用户的认可和赞许。目前,三层交换机在企业网/校园网建设、智能社区接入等等许多场合中得到了大量的应用,市场的需求和技术的更新推动这种应用向纵深发展。 1.传统交换技术
传统的局域网交换机是一种二层网络设备,它在操作过程中不断收集信息去建立起它本身的一个MAC地址表。这个表相当简单,基本上说明了某个MAC 地址是在哪个端口上被发现的。这样当交换机收到一个以太网包时,它便会查看一下该以太网包的目的MAC地址,核对一下自己的地址表以确认该从哪个端口把包发出去。但当交换机收到一个不认识的包时,也就是说如果目的MAC地址不在MAC地址表中,交换机便会把该包“扩散”出去,即从所有端口发出去,就如同
交换机收到一个广播包一样,这就暴露出传统局域网交换机的弱点:不能有效的解决广播、异种网络互连、安全性控制等问题。因此,产生了交换机上的VLAN(虚拟局域网)技术。 2.第三层交换技术
三层交换(也称多层交换技术,或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,而三层交换技术在网络模型中的第三层实现了分组的高速转发。简单的说,三层交换技术就是“二层交换技术 + 三层转发”。三层交换技术的出现,解决了局域网中网段划分之后网段中的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。
一个具有三层交换功能的设备,是一个带有第三层路由功能的第二层交换机,但它是两者的有机结合,而不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。我们可以通过以下例子说明三层交换机是如何工作的。
假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信,发送站点A在开始发送时,会先拿自己的IP地址与B站的IP地址进行比较,判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内,则进行二层的转发。具体步骤如下:为了得到站点B的 MAC地址,站点A首先发一个ARP广播报文,请求站点B的MAC地址。该ARP请求报文进入交换机后,首先进行源MAC地址学习,芯片自动把站点A的MAC地址以及进入交换机的端口号等信息填入到芯片的MAC地址表中,然后在MAC地址表中进行目的地址查找。由于此时是一个广播报文,交换机则会把这个广播报文从进入交换机端口所属的VLAN中进行广播。B站点收到这个ARP请求报文之后,会立刻发送一个ARP回复报文,这个报文是一个单播报文,目的地址为站点A的MAC地址。该包进入交换机后,同样,首先进行源MAC地址学习,然后进行目的地址查找,由于此时MAC地址表中已经存在了A站点MAC地址的匹配条目,所以交换机直接把此报文从相应的端口中转发出去。通过以上一次ARP过程,交换芯片就把站点A和B的信息保存在其MAC地址表中。以后A、B之间进行通信或者同一网段的其它站点想要与A或B通信,交换机就知道该把报文从哪个端口送出。还必须说明的一点是,当查找MAC地址表的时候发现找不到匹配表项,该报文又不是广播或多播报文,此时此报文被称为DLF