【文章內容簡介】 5 22 傳統(tǒng)的三層交換技術對每個報文進行處理，并基于第三層地址轉發(fā)報文。這一方法稱為報文到報文交換。 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 報文到報文的三層交換技術 NETWORK DESIGN 5 23 ? 流交換技術原理： 在流交換中，第一個報文被分析以確定其是否標識一個“流”或者一組具有相同源地址或目的地址的報文。流交換節(jié)省了檢查每一個報文要花費的處理時間。同一流中的后續(xù)報文被交換到基于第二層的目的地址。 流交換需要兩個技巧，第一個技巧是要識別第一個報文的哪一個特征標識一個流，這個流可以使其余報文走捷徑，即第二層路徑。第二個技巧是，一旦建立穿過網(wǎng)絡的路徑，就讓流足夠長以便利用捷徑的優(yōu)點。 怎樣檢測流、識別屬于特定流的報文以及建立通過網(wǎng)絡的流通路，隨實現(xiàn)機制的變化而不同。目前出現(xiàn)了多種流交換技術，如 3Com公司的快速 IP、由 Cisco提交給 IETF的多協(xié)議標記交換（ 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主要類型：端系統(tǒng)驅動流交換和網(wǎng)絡中心式流交換。 NETWORK DESIGN 5 24 不在三層處理所有報文的的方法稱之為流交換（ FS）。 第一個報文 后續(xù)報文 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 基于流交換的三層交換技術 NETWORK DESIGN 5 25 ? 三層交換的特點 ? 軟硬件結合實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速轉發(fā)。它不是簡單的二層交換機和路由器的疊加，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，速率可達幾十 Gbit/s。算上背板帶寬，這些是三層交換機性能的兩個重要參數(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技術能方便地結合。 IEEE頒布的用以標準化VLAN實現(xiàn)方案的 。不同 VLAN之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過第三層（網(wǎng)絡層）的路由來實現(xiàn)的，因此，使用 VLAN技術，結合數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡層的交換設備，可搭建安全可靠的網(wǎng)絡。 NETWORK DESIGN 5 26 ? 第三層交換機的應用領域 目前，普遍應用于企業(yè)網(wǎng)絡中的第三層交換技術，主要是VLAN，因為 VLAN打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡許多固有觀念，可使網(wǎng)絡結構更加靈活、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)系的特定標志及應用因素就可將用戶在邏輯上劃分為一個個功能相對獨立的工作組，且每個用戶主機都連接在一個支持 VLAN的交換機端口上，并屬于一個 VLAN。同一個 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。這就相當于將整個網(wǎng)絡分割成了多個不同的廣播域，從而加強了企業(yè)內聯(lián)網(wǎng)絡的管理與維護。因此，第三層交換機最適合于那些無需遠程接入或以遠程接入為輔的企業(yè)內聯(lián)網(wǎng)絡，或者大部分子網(wǎng)系統(tǒng)集中，而只有部分遠程接入子網(wǎng)的企業(yè)內聯(lián)網(wǎng)絡。 NETWORK DESIGN 5 27 ? 四層交換 工作原理 簡單地說，四層交換時，決定傳輸不僅僅依據(jù) MAC地址（第二層網(wǎng)橋）或源 /目標 IP地址（第三層路由），而且依據(jù) TCP/UDP（第四層）應用端口號。 TCP和 UDP地址包含端口號（ port number），它們可以唯一區(qū)分每個數(shù)據(jù)包包含哪些應用協(xié)議。具有第四層功能的交換機能夠起到與服務器相連接的 “虛擬 IP” (VIP) 前端的作用。 每臺服務器和支持單一或通用應用的服務器組都配置一個 VIP地址。這個 VIP地址被發(fā)送出去并在域名系統(tǒng)上注冊。在發(fā)出一個服務請求時，第四層交換機通過判定 TCP開始，來識別一次會話的開始。然后它利用一個算法來確定處理這個請求的最佳服務器。一旦做出這種決定，交換機就將會話與一個具體的 IP地址聯(lián)系在一起，并用該服務器真正的 IP地址來代替服務器上的 VIP地址。 每臺第四層交換機都保存一個與被選擇的服務器相配的源 IP地址以及源 TCP 端口相關聯(lián)的連接表。然后第四層交換機向這臺服務器轉發(fā)連接請求。所有后續(xù)包在客戶機與服務器之間重新影射和轉發(fā)，直到交換機發(fā)現(xiàn)會話為止。在使用第四層交換的情況下，接入可以與真正的服務器連接在一起來滿足用戶制定的規(guī)則，諸如使每臺服務器上有相等數(shù)量的接入或根據(jù)不同服務器的容量來分配傳輸流。 NETWORK DESIGN 5 28 MAC地址老化時間 交換機中各端口具有自動學習地址的功能，通過端口發(fā)送和接收的幀的源地址 (源 MAC地址、交換機端口號 )將存儲到地址表中。 老化時間是一個影響交換機學習進程的參數(shù)。從一個地址記錄加入地址表以后開始計時，如果在老化時間內各端口未收到源地址為該MAC地址的幀，那么，這些地址將從動態(tài)轉發(fā)地址表（由源 MAC地址、目的 MAC地址和它們相對應的交換機的端口號）中被刪除。靜態(tài) MAC地址表不受地址老化時間影響。 NETWORK DESIGN 5 29 靜態(tài)地址表 靜態(tài) MAC地址區(qū)別與一般的由學習得到的動態(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 MAC地址對應一個端口，如果設置，則所有發(fā)給這個地址的數(shù)據(jù)只會轉發(fā)給該端口。也成為 MAC地址綁定 NETWORK DESIGN 5 30 交換機的應用 ? 交換機網(wǎng)絡中的瓶頸問題 交換機本身的處理速度可以達到很高，用戶往往迷信廠商宣傳的Gbps級的高速背板。并非終端用戶所能體驗到的速度。連接入網(wǎng)的工作站或服務器使用的網(wǎng)絡是以大網(wǎng)，遵循 CSMA/CD介質訪問規(guī)則。在當前的客戶 /服務器模式的網(wǎng)絡中多臺工作站會同時訪問服務器，因此非常容易形成服務器瓶頸。 有的廠商已經(jīng)考慮到這一點，在交換機中設計了一個或多個高速端口（如 3COM的 Linkswitch1000可以配置一個或兩個 100Mbps端口），方便用戶連接服務器或高速主干網(wǎng)。用戶也可以通過設置多臺服務器（進行業(yè)務劃分）或追加多個網(wǎng)卡來消除瓶頸。 NETWORK DESIGN 5 31 Port Trunk(端口匯聚 ) Port Trunk ，就是將交換機上的多個物理端口，在邏輯上捆綁（bundle ）在一起，形成一個擁有較大帶寬的端口，組成一個干路，從而增加在交換機和網(wǎng)絡節(jié)點之間的帶寬，將屬于幾個端口的帶寬合并，給端口提供一個幾倍于獨立端口的獨享的高帶寬。 Trunk是一種封裝技術，它是一條點到點的鏈路，鏈路的兩端可以都是交換機，也可以是交換機和路由器，還可以是主機和交換機或路由器。 ? 用于與服務器相聯(lián)，給服務器提供獨享的高帶寬。 ? 用于交換機之間的級聯(lián)，通過犧牲端口數(shù)來給交換機之間的數(shù)據(jù)交換提供捆綁的高帶寬，提高網(wǎng)絡速度，突破網(wǎng)絡瓶頸，進而大幅提高網(wǎng)絡性能。 ? 提供負載均衡能力以及系統(tǒng)容錯。由于 Trunk實時平衡各個交換機端口和服務器接口的流量，一旦某個端口出現(xiàn)故障，它會自動把故障端口從Trunk組中撤消，進而重新分配各個 Trunk端口的流量，從而實現(xiàn)系統(tǒng)容錯。 NETWORK DESIGN 5 32 配置 TRUNK時的注意事項 在一個 TRUNK中，數(shù)據(jù)總是從一個特定的源點到目的點，一條單一的鏈路被設計去處理廣播包或不知目的地的包。在配置 TRUNK時，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，在交換機上的端口分成了幾個組， 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組合成一個端口匯聚。 4. 在一組端口只產(chǎn)生一個 TRUNK。 NETWORK DESIGN