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摘要： 随着当今网络业务流量呈现几何级数爆炸式增长,并且业务流模式改变更为更多的业务流跨越子网边界,穿越路由器的业务流量也大大增加,传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈凸显出来.第三层交换技术的出现,很好的解决了局域网中业务流跨网段引起低转发速率、高延时等网络瓶颈问题.
关键词：三层交换技术，三层交换机
三层交换也称多层交换或IP交换技术,传统的交换技术是在OSI网络标准模型中方的第二层—数据链路层进行操作的,而三层交换技术是网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发,三层交换技术的出现,解决了局域网中网段的划分之后,网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面,解决了传统的路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。第二层交换技术是工作在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层。它按照所接收到数据包的目的MAC地址来进行转发，对于网络层或者高层协议来说是透明的。它不处理网络层的IP地址，不处理高层协议的诸如TCP、UDP的端口地址，它只需要数据包的物理地址即MAC地址，数据交换是靠硬件来实现的，其速度相当快，这是二层交换的一个显著的优点。但是，它不能处理不同IP子网之间的数据交换。传统的路由器可以处理大量的跨越IP子网的数据包，但是它的转发效率比二层低，因此要想利用二层转发效率高这一优点，又要处理三层IP数据包，三层交换技术就诞生了。第三层交换技术也称为IP 交换技术、高速路由技术等。简单地说，第三层交换技术就是：第二层交换技术＋第三层转发技术。这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单的把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。从硬件的实现上看，目前，第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线(速率可高达几十Gbit/s)交换数据的，在第三层交换机中，与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速的交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制(10Mbit/s---100Mbit/s)。在软件方面，第三层交换机也有重大的举措，它将传统的基于软件的路由器软件进行了界定，对于数据封包的转发：如IP/IPX 封包的转发，这些有规律的过程通过硬件得以高速实现。对于第三层路由软件：如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实现。
一个具有三层交换功能的设备,是一个带有第三层路由功能的第二层交换机,但它是二者的有机结合,并不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。其原理是检测设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信,发送站点A在开始发送时,把自己的IP地址与B站的IP地址比较,判断B站点是否与自己在同一子网内.若目的站B与发送站A在同一子网内,则进行二层转发.若两个站点不在同一子网内,如发送站A要与目的站B通信,发送站A要向“缺省网关”发出AR
三层交换机与路由器的比较
通过比较可以看出三层交换机只是在广域网支持能力上不如传统的路由器,完全可以在局域网中替代传统的路由器.三层交换机的安装、配置和管理比较方便,而路由器需要记忆很多复杂的命令.三层交换机具有远程监控和RMON2的能力,远程监控在RFC1757中定义,主要是针对物理层和MAC层的统计数据.RMON2在RFC2021中定义,把针对统计数据的采集扩展到网络层以上,把数据采集功能与数据库本身分开。
局域网中采用的三层交换技术有两种方法，一是下一跳解析协议,采用的技术称为”路由第一次,随后交换”,该协议在RFC1735中的定义,3COM公司的Fast IP技术使用的是NHRP的工作原理,其中主机A、B分别处在不同的VLAN中一旦路由确定,就可以通信.Fast IP受到网络拓扑结构的限制,这是因为NHRP的响应是基于交换路径的,在通信的双方之间必须存在交换路径,Fast IP技术关键是在数据交换过程中避开第三层路由器,把基于IP地址路由表的功能转换成基于端口MAC地址发表的转发功能.Fast IP把交换和路由结合在一起,在一次路由的基础上进行交换,即使用路由,又对路由进行补充,通过采用Fast IP可以提高网络的吞吐量4—5倍.Fast IP可以用于千兆以太网和ATM网络环境,采用IP Nigator技术方案后Fast IP可以实现与WAN的互连。还有一种是Cisco公司提出的NetFlow交换,仍然是在第三层操作,目的是提高路由器的性能,可以在Cisco路由器上进行软件升级,实现NetFlow.在传统的第三层路由技术中,独立处理每一个数据分组,即使某些数据分组属于一个网络流并有一定的内在关系也要如此处理.NetFlow交换并没有建立连接源和目的端系统的第二层交换路径,它是在单台路由器上进行的,仅仅是利用先前缓存下来的路由信息.在NetFlow中交换路由器采用一般的第三层路由方式处理每一个到达的分组.在NetFlow交换中,第一个数据分组任然采用一般的第三层路由交换方式,处理之后,路由器把第一个数据分组的路由信息记录在NetFlow的告诉缓存Cache中路由信息内容为主机中继路由的MAC地址和输出端口号.路由器对后续的每一个分组首先在Cache中查找,如果查找到,就用Cache中的路由信息直接转发,否则按通常的第三层路由交换方式处理。
随着互联网的迅猛发展，企业和用户在网络上的应用不再仅限于一般的数据传输；电子商务，通话语音，娱乐，网上交易、网上教学、视频点播、社区影院等日益成为用户对网络的现实需求，纯粹的二层交换已经不能满足用户实际的需要.所以三层交换应需而生，无论从应用功能还是安全上都能满足企业的需求。■
关键词：三层交换技术，三层交换机
三层交换也称多层交换或IP交换技术,传统的交换技术是在OSI网络标准模型中方的第二层—数据链路层进行操作的,而三层交换技术是网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发,三层交换技术的出现,解决了局域网中网段的划分之后,网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面,解决了传统的路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。第二层交换技术是工作在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层。它按照所接收到数据包的目的MAC地址来进行转发，对于网络层或者高层协议来说是透明的。它不处理网络层的IP地址，不处理高层协议的诸如TCP、UDP的端口地址，它只需要数据包的物理地址即MAC地址，数据交换是靠硬件来实现的，其速度相当快，这是二层交换的一个显著的优点。但是，它不能处理不同IP子网之间的数据交换。传统的路由器可以处理大量的跨越IP子网的数据包，但是它的转发效率比二层低，因此要想利用二层转发效率高这一优点，又要处理三层IP数据包，三层交换技术就诞生了。第三层交换技术也称为IP 交换技术、高速路由技术等。简单地说，第三层交换技术就是：第二层交换技术＋第三层转发技术。这是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。一个具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单的把路由器设备的硬件及软件简单地叠加在局域网交换机上。从硬件的实现上看，目前，第二层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线(速率可高达几十Gbit/s)交换数据的，在第三层交换机中，与路由器有关的第三层路由硬件模块也插接在高速背板/总线上，这种方式使得路由模块可以与需要路由的其他模块间高速的交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制(10Mbit/s---100Mbit/s)。在软件方面，第三层交换机也有重大的举措，它将传统的基于软件的路由器软件进行了界定，对于数据封包的转发：如IP/IPX 封包的转发，这些有规律的过程通过硬件得以高速实现。对于第三层路由软件：如路由信息的更新、路由表维护、路由计算、路由的确定等功能，用优化、高效的软件实现。
一个具有三层交换功能的设备,是一个带有第三层路由功能的第二层交换机,但它是二者的有机结合,并不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。其原理是检测设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信,发送站点A在开始发送时,把自己的IP地址与B站的IP地址比较,判断B站点是否与自己在同一子网内.若目的站B与发送站A在同一子网内,则进行二层转发.若两个站点不在同一子网内,如发送站A要与目的站B通信,发送站A要向“缺省网关”发出AR
摘自：写论文www.udooo.com
P（地址解析）封包，而“缺省网关”的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。当发送站A对“缺省网关”的IP地址广播出一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP 请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站A，同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的 MAC地址表中。从这以后，当A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因此三层交换机的速度很快，接近二层交换机的速度，同时比相同路由器的低很多。三层交换机与路由器的比较
通过比较可以看出三层交换机只是在广域网支持能力上不如传统的路由器,完全可以在局域网中替代传统的路由器.三层交换机的安装、配置和管理比较方便,而路由器需要记忆很多复杂的命令.三层交换机具有远程监控和RMON2的能力,远程监控在RFC1757中定义,主要是针对物理层和MAC层的统计数据.RMON2在RFC2021中定义,把针对统计数据的采集扩展到网络层以上,把数据采集功能与数据库本身分开。
局域网中采用的三层交换技术有两种方法，一是下一跳解析协议,采用的技术称为”路由第一次,随后交换”,该协议在RFC1735中的定义,3COM公司的Fast IP技术使用的是NHRP的工作原理,其中主机A、B分别处在不同的VLAN中一旦路由确定,就可以通信.Fast IP受到网络拓扑结构的限制,这是因为NHRP的响应是基于交换路径的,在通信的双方之间必须存在交换路径,Fast IP技术关键是在数据交换过程中避开第三层路由器,把基于IP地址路由表的功能转换成基于端口MAC地址发表的转发功能.Fast IP把交换和路由结合在一起,在一次路由的基础上进行交换,即使用路由,又对路由进行补充,通过采用Fast IP可以提高网络的吞吐量4—5倍.Fast IP可以用于千兆以太网和ATM网络环境,采用IP Nigator技术方案后Fast IP可以实现与WAN的互连。还有一种是Cisco公司提出的NetFlow交换,仍然是在第三层操作,目的是提高路由器的性能,可以在Cisco路由器上进行软件升级,实现NetFlow.在传统的第三层路由技术中,独立处理每一个数据分组,即使某些数据分组属于一个网络流并有一定的内在关系也要如此处理.NetFlow交换并没有建立连接源和目的端系统的第二层交换路径,它是在单台路由器上进行的,仅仅是利用先前缓存下来的路由信息.在NetFlow中交换路由器采用一般的第三层路由方式处理每一个到达的分组.在NetFlow交换中,第一个数据分组任然采用一般的第三层路由交换方式,处理之后,路由器把第一个数据分组的路由信息记录在NetFlow的告诉缓存Cache中路由信息内容为主机中继路由的MAC地址和输出端口号.路由器对后续的每一个分组首先在Cache中查找,如果查找到,就用Cache中的路由信息直接转发,否则按通常的第三层路由交换方式处理。
随着互联网的迅猛发展，企业和用户在网络上的应用不再仅限于一般的数据传输；电子商务，通话语音，娱乐，网上交易、网上教学、视频点播、社区影院等日益成为用户对网络的现实需求，纯粹的二层交换已经不能满足用户实际的需要.所以三层交换应需而生，无论从应用功能还是安全上都能满足企业的需求。■