LAN多層交換技術(shù)還是比較常用的，于是我研究了一下LAN多層交換技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展，在這里拿出來和大家分享一下，希望對(duì)大家有用。在過去短短的幾年里，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了根本性的變化：網(wǎng)橋已經(jīng)退出了歷史的舞臺(tái)，在LAN網(wǎng)中共享式以太網(wǎng)越來越少。

人們對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的要求導(dǎo)致了新一代網(wǎng)絡(luò)的誕生和發(fā)展，其中LAN多層交換技術(shù)可以說是新的網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的核心。交換技術(shù)具備強(qiáng)大的尋址能力和出色的穩(wěn)定性，為需要高帶寬的應(yīng)用程序提供了解決辦法，同時(shí)也解決了網(wǎng)絡(luò)智能化問題，它極大地促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。毫無疑問，LAN多層交換技術(shù)已經(jīng)成為一項(xiàng)重要的技術(shù) ，并在今天廣泛的流行起來。 
 
LAN多層交換技術(shù)概述 
 
在LAN網(wǎng)中使用交換的目的是為了提高網(wǎng)絡(luò)的性能，減少網(wǎng)絡(luò)的阻塞，同時(shí)，LAN多層交換技術(shù)能夠加快數(shù)據(jù)的移動(dòng)速度，極大地降低了傳統(tǒng)以太網(wǎng)中由于采用CSMA/CD協(xié)議而產(chǎn)生沖突的可能性，因而在一定程度上消除了網(wǎng)絡(luò)的瓶頸。LAN交換機(jī)的內(nèi)在功能類似于網(wǎng)橋，通過跟蹤每一個(gè)端口發(fā)來的幀的源地址，檢查幀的目的地址來選擇路由。LAN交換機(jī)每一端口能夠存儲(chǔ)的地址數(shù)量決定了它支持的工作站和支持擁有許多工作站的局域網(wǎng)段的能力。若交換機(jī)每一端口只能支持一個(gè)地址，它相當(dāng)于端口交換設(shè)備；若每一端口支持多個(gè)地址，它相當(dāng)于段交換設(shè)備。除了按交換方法外，LAN交換機(jī)還可以分為“直接通過”和“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”。直接通過技術(shù)就是在LAN交換機(jī)讀到幀的目的地址后，直接在源端口和目的端口之間進(jìn)行交叉連接。這種交換具有最小的延時(shí)和等待時(shí)間。相應(yīng)地，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換把全部的幀存在存儲(chǔ)器里，并對(duì)幀進(jìn)行差錯(cuò)控制，若對(duì)某一幀的循環(huán)冗余校驗(yàn)不符，則丟棄該幀。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)需要將幀從低速局域網(wǎng)中移到高速局域網(wǎng)中，因?yàn)楸仨殞⑷康膸鎯?chǔ)起來，所以這種交換方法必然帶來較小程度的時(shí)延。另外，LAN交換機(jī)還能同時(shí)支持FDDI、快速以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)、以太網(wǎng)和ATM（從嚴(yán)格意義上講，ATM不完全屬于第二層），可以更進(jìn)一步提高帶寬，提高交換機(jī)的吞吐量，這些支持多協(xié)議的LAN交換機(jī)能夠?qū)碜砸环N第二層網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅硪环N網(wǎng)絡(luò)中。圖1所示為L(zhǎng)AN交換機(jī)的應(yīng)用，LAN交換機(jī)通過將兩個(gè)服務(wù)器連接到兩個(gè)單獨(dú)的端口，可以在工作站和服務(wù)器之間同地提供兩路連接。
　
通常LAN交換機(jī)可以分成兩種類型：骨干網(wǎng)交換機(jī)和工作組交換機(jī)。其中骨干網(wǎng)交換機(jī)（backbone switch）是網(wǎng)絡(luò)核心使用的高端交換機(jī)。它獲得的數(shù)據(jù)來自Hub和工作組交換機(jī)，它提供這些設(shè)備的互連。骨干網(wǎng)交換機(jī)通常可以插入包含各種網(wǎng)絡(luò)選項(xiàng)卡，這些卡支持的網(wǎng)絡(luò)類型有：FDDI、以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、令牌環(huán)網(wǎng)和ATM。骨干網(wǎng)交換機(jī)通常連接一種或多種高速網(wǎng)絡(luò)。工作組交換機(jī)屬于低端設(shè)備，它通過共享技術(shù)連接多個(gè)共享網(wǎng)段。工作組交換機(jī)通常用于連接PC或低流量的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。有12個(gè)端口的以太網(wǎng)交換機(jī)是一種典型的交換機(jī)，它提供1.2Gbit/s的帶寬，可以看作12個(gè)分離的以太網(wǎng)段。一般情況下，工作組交換機(jī)要與FDDI或快速以太網(wǎng)等高速骨干網(wǎng)連接。 
 
第三層交換技術(shù)的工作原理 
 
傳統(tǒng)的路由器需要對(duì)每個(gè)路由的包進(jìn)行大量的處理，由于傳統(tǒng)的路由器能夠支持多種協(xié)議，它們是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，因此基于軟件的執(zhí)行速度比基于硬件的要慢，使得路由器成為網(wǎng)絡(luò)性能的瓶頸。為了解決路由器的通信瓶頸問題，出現(xiàn)了第三層交換。第三層交換改善了路由器的性能，使網(wǎng)絡(luò)具有更高的智能性。第三層交換的運(yùn)行方式類似于LAN交換機(jī)，不同的只是它是基于IP地址而不是MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的。
 
假設(shè)兩個(gè)使用IP協(xié)議的站點(diǎn)通過第三層交換機(jī)，通信的過程：發(fā)送站點(diǎn)A在開始發(fā)送時(shí)，已知目的站的IP地址，但尚不知道在局域網(wǎng)上發(fā)送所需要的MAC地址。要采用地址解析（ARP）來確定目的站的MAC地址。發(fā)送站把自己的IP地址與目的的站的IP地址比較，采用其軟件中配置的子網(wǎng)掩碼提取內(nèi)。若目的站B與發(fā)送站A在同一子網(wǎng)內(nèi)，站點(diǎn)A廣播一個(gè)ARP請(qǐng)求，B站返回其MAC地址，A站得到目的站點(diǎn)B的MAC地址后將這一地址緩存起來，并用此MAC地址封裝包后轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，第二層交換模塊查找MAC地址表確定將數(shù)據(jù)包發(fā)向目的端口。若兩個(gè)站點(diǎn)不在同一子網(wǎng)內(nèi)，如發(fā)送站A要與目的站C通信，發(fā)送站A要向“缺省路徑”發(fā)出ARP封裝包，而“缺省路徑”的IP地址已經(jīng)在系統(tǒng)軟件中設(shè)置。這個(gè)IP地址實(shí)際上對(duì)應(yīng)第三層交換機(jī)的第三層交換模塊。所以當(dāng)發(fā)送站A對(duì)“缺省路徑”的IP地址廣播出一個(gè)ARP請(qǐng)求時(shí)，若第三層交換模塊在以往的通信過程中已得到目的站C的MAC地址，則向發(fā)送站A回復(fù)目的站C的MAC地址；否則第三層交換模塊根據(jù)路由信息向目的站廣播一個(gè)ARP請(qǐng)求，目的站C得到此ARP請(qǐng)求后，向第三層交換模塊回復(fù)其MAC地址，第三層交換模塊保存此地址并回復(fù)發(fā)送站A。以后，當(dāng)再進(jìn)行站點(diǎn)A與站點(diǎn)C之間的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，將用最終的目的站點(diǎn)C的MAC地址封裝包，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過程全部交給第二層交換處理，因此信息得到高速交換。

第三層交換技術(shù)的體系結(jié)構(gòu) 
 
第三層交換機(jī)又稱為路由交換機(jī)，第三層交換可以看作是一個(gè)模型，它涉及ISO參考模型的第二層和第三層。作為交換機(jī)，它具有同第二層相同的屬性，同時(shí)又將第二層交換和第三層路由器兩者的優(yōu)勢(shì)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，因而具備某些路由性能。這種集成經(jīng)的結(jié)構(gòu)還引進(jìn)了策略管理屬性，它不僅使第二層與第三層相互關(guān)聯(lián)起來，而且還提供通信流量的優(yōu)先化處理、安全以及多種其他的靈活功能，如trunking,VPN和Intranet的動(dòng)態(tài)部署。圖2列出了第三層交換機(jī)的組成部分。
　
接口層包含了所有重要的局域網(wǎng)接口：10/100Mbit/s以太網(wǎng)，吉比特以太網(wǎng)，F(xiàn)DDI和ATM。交換層集成了多種局域網(wǎng)接口并輔之以策略管理，同時(shí)還提供trunking,VLAN和標(biāo)簽機(jī)制。路由層提供主要的LAN路由協(xié)議：IP,IPX和AppleT，并通過策略管理，提供傳統(tǒng)的路由或直通的第三層轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。策略管理和行政管理使網(wǎng)絡(luò)管理員能根據(jù)企業(yè)（或部門）的特定需求來調(diào)整網(wǎng)絡(luò)。相對(duì)于第三層來說，第二層被采用的程度決定了所謂的網(wǎng)絡(luò)控制分類，如圖3所示。一個(gè)純第二層的解決方法案，即圖中所示的“處處變換”，它在劃分子網(wǎng)和廣播限制等方面提供的控制最少。而第三層交換機(jī)能為分類中的所有層次提供動(dòng)態(tài)的、集成的支持。傳統(tǒng)的通用路由器與外部的交換機(jī)一起使用也能達(dá)到此目的，但是與這種解決方案相比，第三層交換機(jī)只需要更少的配置，更少的布線，價(jià)格更便宜，并能提供更高的網(wǎng)絡(luò)性能。
　
第三層交換技術(shù)的演變 
 
隨著硬件和軟件的不斷升級(jí)，第三層交換技術(shù)的發(fā)展也經(jīng)歷了“三代”的變化。第一代交換機(jī)是基于分立的電子元件和原語式的軟件框架的混合體。軟件的功能運(yùn)行在一個(gè)有固定內(nèi)存的處理機(jī)上。隨著管理支持和協(xié)議功能的改善，軟件的功能也不斷增加。當(dāng)用戶的日常業(yè)務(wù)更加依賴于網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)上的流量增多時(shí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備便成了瓶頸。雖然處理機(jī)和存儲(chǔ)器變得越來越快和有效，但通信流量的增加更為迅速。解決問題的第一步是簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)層：用交換機(jī)取代路由器，以減低處理數(shù)據(jù)包的開銷并顯著地提高事務(wù)處理速度。引進(jìn)一種專用于優(yōu)化第二層處理的專用集成電路（ASIC），使性能提高了10倍，并降低了系統(tǒng)的整體費(fèi)用。圖4示出了第一代的體系結(jié)構(gòu)。
　
第三代交換技術(shù)并不是僅僅建立在第二代的進(jìn)展上，而是采用ASIC+RISC技術(shù)，為第三層路由、組播及用戶可選的策略（policy）等方面提供了線速性能，總的數(shù)據(jù)吞吐量可以達(dá)到超過每秒幾百萬個(gè)包。由于使用了基于策略的服務(wù)機(jī)制，可以支持QOS，通過FIRE引入分布式數(shù)據(jù)包處理（DDP），可以將數(shù)據(jù)包快速而獨(dú)立地傳送過系統(tǒng)，同時(shí)使用動(dòng)態(tài)分類的PACE技術(shù)和RSVP，使第二層與第三層的性能靈活地結(jié)合起來。在第三層交換機(jī)中，通過內(nèi)置一個(gè)處理機(jī)將ASIC的能力，如增加對(duì)IPV6的支持，并不需要硬件升級(jí)或犧牲系統(tǒng)的性能。第三代第三層交換機(jī)可以支持多媒體網(wǎng)絡(luò)通信，能更有效地減少延時(shí)并能確保安全。由于交換機(jī)、Hub和網(wǎng)卡采用了統(tǒng)一的系統(tǒng)環(huán)境，使交換機(jī)在以太網(wǎng)環(huán)境下支持圖像傳輸。圖5示出第二、三代的體系結(jié)構(gòu)。 
 
多層交換發(fā)展展望 
 
隨著LAN多層交換技術(shù)的發(fā)展，又出現(xiàn)了第四層交換，它擴(kuò)展了第三層和第二層交換，能夠支持更細(xì)粒度的網(wǎng)絡(luò)調(diào)整，以及對(duì)通信流的優(yōu)先權(quán)劃分。第四層交換是一種基于策略的路由，它位于ISO參考模型的第四層，使用的是第四層信息，根據(jù)第四層信息，例如對(duì)于TCP/UDP中數(shù)據(jù)包的端口號(hào)進(jìn)行交換。它允許根據(jù)應(yīng)用程序劃分通信數(shù)據(jù)的優(yōu)先權(quán)，能夠根據(jù)某種特定應(yīng)用程度的通信量，將一定量的帶寬用于重要的應(yīng)用程序。從某種意義上講，第四層交換提供了在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)服務(wù)等級(jí)（COS）的方法。這樣對(duì)于一個(gè)Intranet來說，它可以減少WWW或FTP的通信量，而給E-MAIL或Telent通信量設(shè)置更高的優(yōu)先權(quán)。第三、第四層交換是基于加速路由的處理過程，目前，基于流或標(biāo)簽的路由處理技術(shù)也相繼問世，如3Com推出的快速IP和NHRP交換機(jī)、Alcatel推出的MPLS多協(xié)議標(biāo)記交換機(jī)等。多層交換有助于實(shí)現(xiàn)LAN和WAN的橋接，隨著信息全球化的發(fā)展趨勢(shì)，LAN和WAN的邊界變得越來越模糊，LAN多層交換技術(shù)為未來可擴(kuò)展的解決方案奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。