第7章 第三層交換
20世紀(jì)90年代中期以來, 第三層交換(L3)技術(shù)成為IT媒體頻頻出現(xiàn)的詞匯,各網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商把它最為競爭的法寶。
7.1 概述
1.使用網(wǎng)橋的局限性
網(wǎng)橋的優(yōu)缺點:
(1)網(wǎng)橋基于MAC地址,實現(xiàn)LAN之間的互聯(lián)。優(yōu)點是:網(wǎng)絡(luò)靠作簡單,速度快,與OSI的其他層無關(guān)。其易于維護(hù)且價格低廉。
(2)網(wǎng)橋無法實現(xiàn)流控,廣播包從一個LAN到另一個LAN,常會引起大量的多路廣播,造成網(wǎng)絡(luò)效率降低。最嚴(yán)重時會造成廣播風(fēng)暴,是整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓。
(3)當(dāng)網(wǎng)橋構(gòu)成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)時,會產(chǎn)生廣播包和不知道目的地址的數(shù)據(jù)包的循環(huán)問題。為此制定了生成樹的算法。即在一個網(wǎng)絡(luò)中,任意兩個終端之間只有一條路徑。
(4)在某些情況下,因網(wǎng)橋擁塞而丟失數(shù)據(jù)包,使網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、不可靠。
(5)廣播包是需要的,但太多的廣播包會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)效率降低。
2.路由器的引入及其局限性
靠路由器的優(yōu)缺點:
(1)網(wǎng)絡(luò)分段,這是路由器最主要的功能之一。路由器可以將不同的LAN互聯(lián)。
(2)路徑選擇,通過對數(shù)據(jù)包中的IP地址檢查,選擇出路徑。
(3)隔離廣播,路由器可以住址廣播流量從一個LAN到另一個LAN,可避免廣播風(fēng)暴。
(4)安全性與防火墻,只有被授權(quán)的用戶才能通過路由器。
(5)第三層的特殊服務(wù),如優(yōu)先權(quán)控制。
(6)廣域網(wǎng)連接,大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)目前仍使用路由器作為網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備。
靠路由器的工作原理:(略)
靠路由器的限制:
(1)路由器需對每一個數(shù)據(jù)包檢查,即使是同一源地址到同一目的地址的數(shù)據(jù)包也不例外,重復(fù)工作。
(2)軟件是路由器的主要實現(xiàn)方式,由于以上原因,路由器的吞吐量不可能很高。
(3)路由器在流量超過本身的吞吐量時,會造成數(shù)據(jù)包丟失或延誤,給網(wǎng)絡(luò)造成危害。
3.局域網(wǎng)交換技術(shù)的引入及其局限性
交換式網(wǎng)絡(luò)是以交換器為中心構(gòu)造的網(wǎng)絡(luò)體系,交換式網(wǎng)絡(luò)與多端口網(wǎng)橋非常相似,他們都工作在第二層,網(wǎng)橋交換事業(yè)是基于每個數(shù)據(jù)包的終點地址(MAC)。
交換式網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)通常采用全硬件結(jié)構(gòu)實現(xiàn),具有速度快,可以為每一個節(jié)點提供全部網(wǎng)絡(luò)帶寬,但同網(wǎng)橋一樣它也不具備隔離廣播數(shù)據(jù)包的能力。
4.L3交換技術(shù)引入的背景
交換技術(shù)可以克服網(wǎng)絡(luò)帶寬的局限,而路由器又能解決TCP/IP中的地址問題,那么將兩者技術(shù)結(jié)合起來,揚(yáng)長避短,發(fā)揮各自的優(yōu)點,從而解決以上問題。在這種背景下,產(chǎn)生了交換式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
7.2 L3交換技術(shù)解決方案的分類
目前已提出的L3交換技術(shù)解決方案分為兩類:
一類基于核心模型,另一類基于邊緣多層混合交換模型。
7.2.1 解決方案的分類
1.基于核心模型的解決方案
主要解決核心關(guān)鍵節(jié)點,即路由器的第三層交換技術(shù)。有兩種方案:
(1)對于每一個數(shù)據(jù)包都需檢查源/目的IP地址的方法,改為檢查數(shù)據(jù)分組攜帶的網(wǎng)絡(luò)流標(biāo)志為依據(jù),這樣就大大減小了檢查的時間,提高了吞吐率。
(2)完全用ASIC(專用集成電路)硬件以線速來實現(xiàn)路由器的路由/轉(zhuǎn)發(fā)、流控、管理、服務(wù)質(zhì)量等功能。
2.于邊緣多層混合交換模型的解決方案
“一次路由,隨后交換”的方案:
(1)這種方案認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)智能應(yīng)該在網(wǎng)絡(luò)的邊緣,而不是在網(wǎng)路的關(guān)鍵節(jié)點實現(xiàn),因為這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)中繼點的額外開銷。
(2)這種方案認(rèn)為絕大多數(shù)策略和請求都在端系統(tǒng)上完成,少數(shù)特定的控制功能(如身份認(rèn)證、防火墻、流量統(tǒng)計等)則集中在少數(shù)幾個網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點的智能系統(tǒng)。
(3)這種方案認(rèn)為在第三層路由一次,然后在第二層交換端到端的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分組。
7.2.2 兩種L3交換實現(xiàn)策略
1.原有設(shè)備和系統(tǒng)進(jìn)行升級和改造
在有關(guān)的邊緣和核心設(shè)備上,配置新的
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