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