第7章 第三層交換
20世紀90年代中期以來, 第三層交換(L3)技術成為IT媒體頻頻出現的詞匯,各網絡供應商把它最為競爭的法寶。
7.1 概述
1.使用網橋的局限性
網橋的優缺點:
(1)網橋基于MAC地址,實現LAN之間的互聯。優點是:網絡靠作簡單,速度快,與OSI的其他層無關。其易于維護且價格低廉。
(2)網橋無法實現流控,廣播包從一個LAN到另一個LAN,常會引起大量的多路廣播,造成網絡效率降低。最嚴重時會造成廣播風暴,是整個網絡癱瘓。
(3)當網橋構成網狀結構時,會產生廣播包和不知道目的地址的數據包的循環問題。為此制定了生成樹的算法。即在一個網絡中,任意兩個終端之間只有一條路徑。
(4)在某些情況下,因網橋擁塞而丟失數據包,使網絡不穩定、不可靠。
(5)廣播包是需要的,但太多的廣播包會導致網絡效率降低。
2.路由器的引入及其局限性
靠路由器的優缺點:
(1)網絡分段,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。
(2)路徑選擇,通過對數據包中的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,可避免廣播風暴。
(4)安全性與防火墻,只有被授權的用戶才能通過路由器。
(5)第三層的特殊服務,如優先權控制。
(6)廣域網連接,大多數網絡目前仍使用路由器作為網絡連接設備。
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據包檢查,即使是同一源地址到同一目的地址的數據包也不例外,重復工作。
(2)軟件是路由器的主要實現方式,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,會造成數據包丟失或延誤,給網絡造成危害。
3.局域網交換技術的引入及其局限性
交換式網絡是以交換器為中心構造的網絡體系,交換式網絡與多端口網橋非常相似,他們都工作在第二層,網橋交換事業是基于每個數據包的終點地址(MAC)。
交換式網絡的實現通常采用全硬件結構實現,具有速度快,可以為每一個節點提供全部網絡帶寬,但同網橋一樣它也不具備隔離廣播數據包的能力。
4.L3交換技術引入的背景
交換技術可以克服網絡帶寬的局限,而路由器又能解決TCP/IP中的地址問題,那么將兩者技術結合起來,揚長避短,發揮各自的優點,從而解決以上問題。在這種背景下,產生了交換式網絡技術。
7.2 L3交換技術解決方案的分類
目前已提出的L3交換技術解決方案分為兩類:
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
主要解決核心關鍵節點,即路由器的第三層交換技術。有兩種方案:
(1)對于每一個數據包都需檢查源/目的IP地址的方法,改為檢查數據分組攜帶的網絡流標志為依據,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)硬件以線速來實現路由器的路由/轉發、流控、管理、服務質量等功能。
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)這種方案認為網絡智能應該在網絡的邊緣,而不是在網路的關鍵節點實現,因為這樣可以減少網絡中繼點的額外開銷。
(2)這種方案認為絕大多數策略和請求都在端系統上完成,少數特定的控制功能(如身份認證、防火墻、流量統計等)則集中在少數幾個網絡核心節點的智能系統。
(3)這種方案認為在第三層路由一次,然后在第二層交換端到端的網絡數據分組。
7.2.2 兩種L3交換實現策略
1.原有設備和系統進行升級和改造
在有關的邊緣和核心設備上,配置新的
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