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