【文章內(nèi)容簡介】 5 22 傳統(tǒng)的三層交換技術(shù)對(duì)每個(gè)報(bào)文進(jìn)行處理，并基于第三層地址轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文。這一方法稱為報(bào)文到報(bào)文交換。 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 報(bào)文到報(bào)文的三層交換技術(shù) NETWORK DESIGN 5 23 ? 流交換技術(shù)原理： 在流交換中，第一個(gè)報(bào)文被分析以確定其是否標(biāo)識(shí)一個(gè)“流”或者一組具有相同源地址或目的地址的報(bào)文。流交換節(jié)省了檢查每一個(gè)報(bào)文要花費(fèi)的處理時(shí)間。同一流中的后續(xù)報(bào)文被交換到基于第二層的目的地址。 流交換需要兩個(gè)技巧，第一個(gè)技巧是要識(shí)別第一個(gè)報(bào)文的哪一個(gè)特征標(biāo)識(shí)一個(gè)流，這個(gè)流可以使其余報(bào)文走捷徑，即第二層路徑。第二個(gè)技巧是，一旦建立穿過網(wǎng)絡(luò)的路徑，就讓流足夠長以便利用捷徑的優(yōu)點(diǎn)。 怎樣檢測流、識(shí)別屬于特定流的報(bào)文以及建立通過網(wǎng)絡(luò)的流通路，隨實(shí)現(xiàn)機(jī)制的變化而不同。目前出現(xiàn)了多種流交換技術(shù)，如 3Com公司的快速 IP、由 Cisco提交給 IETF的多協(xié)議標(biāo)記交換（ MPLS）、ATM論壇的多協(xié)議（ MPOA）以及 Ipsilon公司的 IP交換。我們可將其劃分成兩個(gè)主要類型：端系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)流交換和網(wǎng)絡(luò)中心式流交換。 NETWORK DESIGN 5 24 不在三層處理所有報(bào)文的的方法稱之為流交換（ FS）。 第一個(gè)報(bào)文 后續(xù)報(bào)文 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 基于流交換的三層交換技術(shù) NETWORK DESIGN 5 25 ? 三層交換的特點(diǎn) ? 軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)。它不是簡單的二層交換機(jī)和路由器的疊加，三層路由模塊直接疊加在二層交換的高速背板總線上，突破了傳統(tǒng)路由器的接口速率限制，速率可達(dá)幾十 Gbit/s。算上背板帶寬，這些是三層交換機(jī)性能的兩個(gè)重要參數(shù)。 ? 簡潔的路由軟件使路由過程簡化。大部分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，除了必要的路由選擇交由路由軟件處理，都是又二層模塊高速轉(zhuǎn)發(fā)，路由軟件大多都是經(jīng)過處理的高效優(yōu)化軟件，并不是簡單照搬路由器中的軟件。 ? 三層交換與 VLAN技術(shù)能方便地結(jié)合。 IEEE頒布的用以標(biāo)準(zhǔn)化VLAN實(shí)現(xiàn)方案的 。不同 VLAN之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過第三層（網(wǎng)絡(luò)層）的路由來實(shí)現(xiàn)的，因此，使用 VLAN技術(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的交換設(shè)備，可搭建安全可靠的網(wǎng)絡(luò)。 NETWORK DESIGN 5 26 ? 第三層交換機(jī)的應(yīng)用領(lǐng)域 目前，普遍應(yīng)用于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中的第三層交換技術(shù)，主要是VLAN，因?yàn)?VLAN打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)許多固有觀念，可使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加靈活、多變、方便和隨心所欲。所謂 VLAN就是不需考慮用戶的物理位置，而根據(jù)信息端的 IP地址、用戶名等直接與用戶聯(lián)系的特定標(biāo)志及應(yīng)用因素就可將用戶在邏輯上劃分為一個(gè)個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的工作組，且每個(gè)用戶主機(jī)都連接在一個(gè)支持 VLAN的交換機(jī)端口上，并屬于一個(gè) VLAN。同一個(gè) VLAN中的成員都共享廣播，不同 VLAN之間的廣播信息是相互隔離的。這就相當(dāng)于將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)分割成了多個(gè)不同的廣播域，從而加強(qiáng)了企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的管理與維護(hù)。因此，第三層交換機(jī)最適合于那些無需遠(yuǎn)程接入或以遠(yuǎn)程接入為輔的企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，或者大部分子網(wǎng)系統(tǒng)集中，而只有部分遠(yuǎn)程接入子網(wǎng)的企業(yè)內(nèi)聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。 NETWORK DESIGN 5 27 ? 四層交換 工作原理 簡單地說，四層交換時(shí)，決定傳輸不僅僅依據(jù) MAC地址（第二層網(wǎng)橋）或源 /目標(biāo) IP地址（第三層路由），而且依據(jù) TCP/UDP（第四層）應(yīng)用端口號(hào)。 TCP和 UDP地址包含端口號(hào)（ port number），它們可以唯一區(qū)分每個(gè)數(shù)據(jù)包包含哪些應(yīng)用協(xié)議。具有第四層功能的交換機(jī)能夠起到與服務(wù)器相連接的 “虛擬 IP” (VIP) 前端的作用。 每臺(tái)服務(wù)器和支持單一或通用應(yīng)用的服務(wù)器組都配置一個(gè) VIP地址。這個(gè) VIP地址被發(fā)送出去并在域名系統(tǒng)上注冊(cè)。在發(fā)出一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，第四層交換機(jī)通過判定 TCP開始，來識(shí)別一次會(huì)話的開始。然后它利用一個(gè)算法來確定處理這個(gè)請(qǐng)求的最佳服務(wù)器。一旦做出這種決定，交換機(jī)就將會(huì)話與一個(gè)具體的 IP地址聯(lián)系在一起，并用該服務(wù)器真正的 IP地址來代替服務(wù)器上的 VIP地址。 每臺(tái)第四層交換機(jī)都保存一個(gè)與被選擇的服務(wù)器相配的源 IP地址以及源 TCP 端口相關(guān)聯(lián)的連接表。然后第四層交換機(jī)向這臺(tái)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)連接請(qǐng)求。所有后續(xù)包在客戶機(jī)與服務(wù)器之間重新影射和轉(zhuǎn)發(fā)，直到交換機(jī)發(fā)現(xiàn)會(huì)話為止。在使用第四層交換的情況下，接入可以與真正的服務(wù)器連接在一起來滿足用戶制定的規(guī)則，諸如使每臺(tái)服務(wù)器上有相等數(shù)量的接入或根據(jù)不同服務(wù)器的容量來分配傳輸流。 NETWORK DESIGN 5 28 MAC地址老化時(shí)間 交換機(jī)中各端口具有自動(dòng)學(xué)習(xí)地址的功能，通過端口發(fā)送和接收的幀的源地址 (源 MAC地址、交換機(jī)端口號(hào) )將存儲(chǔ)到地址表中。 老化時(shí)間是一個(gè)影響交換機(jī)學(xué)習(xí)進(jìn)程的參數(shù)。從一個(gè)地址記錄加入地址表以后開始計(jì)時(shí)，如果在老化時(shí)間內(nèi)各端口未收到源地址為該MAC地址的幀，那么，這些地址將從動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)地址表（由源 MAC地址、目的 MAC地址和它們相對(duì)應(yīng)的交換機(jī)的端口號(hào)）中被刪除。靜態(tài) MAC地址表不受地址老化時(shí)間影響。 NETWORK DESIGN 5 29 靜態(tài)地址表 靜態(tài) MAC地址區(qū)別與一般的由學(xué)習(xí)得到的動(dòng)態(tài) MAC地址。靜態(tài)地址一旦被加入，該地址在刪除之前將一直有效，不受最大老化時(shí)間的限制。靜態(tài)地址表記錄了端口的靜態(tài)地址。靜態(tài)地址表中一個(gè) MAC地址對(duì)應(yīng)一個(gè)端口，如果設(shè)置，則所有發(fā)給這個(gè)地址的數(shù)據(jù)只會(huì)轉(zhuǎn)發(fā)給該端口。也成為 MAC地址綁定 NETWORK DESIGN 5 30 交換機(jī)的應(yīng)用 ? 交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸問題 交換機(jī)本身的處理速度可以達(dá)到很高，用戶往往迷信廠商宣傳的Gbps級(jí)的高速背板。并非終端用戶所能體驗(yàn)到的速度。連接入網(wǎng)的工作站或服務(wù)器使用的網(wǎng)絡(luò)是以大網(wǎng)，遵循 CSMA/CD介質(zhì)訪問規(guī)則。在當(dāng)前的客戶 /服務(wù)器模式的網(wǎng)絡(luò)中多臺(tái)工作站會(huì)同時(shí)訪問服務(wù)器，因此非常容易形成服務(wù)器瓶頸。 有的廠商已經(jīng)考慮到這一點(diǎn)，在交換機(jī)中設(shè)計(jì)了一個(gè)或多個(gè)高速端口（如 3COM的 Linkswitch1000可以配置一個(gè)或兩個(gè) 100Mbps端口），方便用戶連接服務(wù)器或高速主干網(wǎng)。用戶也可以通過設(shè)置多臺(tái)服務(wù)器（進(jìn)行業(yè)務(wù)劃分）或追加多個(gè)網(wǎng)卡來消除瓶頸。 NETWORK DESIGN 5 31 Port Trunk(端口匯聚 ) Port Trunk ，就是將交換機(jī)上的多個(gè)物理端口，在邏輯上捆綁（bundle ）在一起，形成一個(gè)擁有較大帶寬的端口，組成一個(gè)干路，從而增加在交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的帶寬，將屬于幾個(gè)端口的帶寬合并，給端口提供一個(gè)幾倍于獨(dú)立端口的獨(dú)享的高帶寬。 Trunk是一種封裝技術(shù)，它是一條點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路，鏈路的兩端可以都是交換機(jī)，也可以是交換機(jī)和路由器，還可以是主機(jī)和交換機(jī)或路由器。 ? 用于與服務(wù)器相聯(lián)，給服務(wù)器提供獨(dú)享的高帶寬。 ? 用于交換機(jī)之間的級(jí)聯(lián)，通過犧牲端口數(shù)來給交換機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換提供捆綁的高帶寬，提高網(wǎng)絡(luò)速度，突破網(wǎng)絡(luò)瓶頸，進(jìn)而大幅提高網(wǎng)絡(luò)性能。 ? 提供負(fù)載均衡能力以及系統(tǒng)容錯(cuò)。由于 Trunk實(shí)時(shí)平衡各個(gè)交換機(jī)端口和服務(wù)器接口的流量，一旦某個(gè)端口出現(xiàn)故障，它會(huì)自動(dòng)把故障端口從Trunk組中撤消，進(jìn)而重新分配各個(gè) Trunk端口的流量，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)容錯(cuò)。 NETWORK DESIGN 5 32 配置 TRUNK時(shí)的注意事項(xiàng) 在一個(gè) TRUNK中，數(shù)據(jù)總是從一個(gè)特定的源點(diǎn)到目的點(diǎn)，一條單一的鏈路被設(shè)計(jì)去處理廣播包或不知目的地的包。在配置 TRUNK時(shí)，必須遵循下列規(guī)則： 1. 正確選擇 TRUNK的端口數(shù)目，必須是 2， 4或 8。 2. 必須使用同一組中的端口，在交換機(jī)上的端口分成了幾個(gè)組， TRUNK的所有端口必須來自同一組（見下圖 1所示）。 3. 使用連續(xù)的端口； TRUNK上的端口必須連續(xù)，如你可以用端口 4， 5，6和 7組合成一個(gè)端口匯聚。 4. 在一組端口只產(chǎn)生一個(gè) TRUNK。 NETWORK DESIGN