【正文】 換技術(shù)則更為通用，既可用于 ATM信元，也可用于基于MAC幀的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，并且很多流技術(shù)都直接與 ATM相關(guān) (如在ATM上傳遞 IP分組 )，可提供有保證的服務(wù)質(zhì)量。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) (3) 逐包式技術(shù)的安全性好于流交換技術(shù)。在基于流的網(wǎng)絡(luò)中，由于后續(xù)分組直接轉(zhuǎn)發(fā)，因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓撲因為故障發(fā)生變化時，將很難處理。而逐包式技術(shù)則不存在類似的問題。 (4) 流交換的優(yōu)勢主要在于可以提供有保證的 QoS。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 圖 基于流的第三層交換機的功能結(jié)構(gòu) 路由協(xié)議路由表第三層轉(zhuǎn)發(fā)控制轉(zhuǎn)發(fā)表第二層轉(zhuǎn)發(fā)控制交換模塊路由更新路由更新第三層第二層數(shù)據(jù)流 數(shù)據(jù)流第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 主要的第三層交換技術(shù)介紹 1．逐包式技術(shù) 采用逐包式技術(shù)的第三層交換機如前所述，各廠家的產(chǎn)品雖然實現(xiàn)上各不相同，但是在第三層是完全兼容的，可以實現(xiàn)完全的互操作，因而通常不再細分。逐包式技術(shù)的第三層交換機的工作過程與傳統(tǒng)路由器的工作過程基本相同，按用途分為專為Inter設(shè)計的第三層交換機和用于企業(yè)網(wǎng)的交換機。它們主要的差別在于交換機的伸縮性和所使用的路由表查找算法。這一技術(shù)的主要代表有 3Com公司基于 FIRE(靈活智能路由引擎 )技術(shù)的交換， Bay公司 (已被北電網(wǎng)絡(luò)收購 )的 Accelar系列， Extreme公司的Summit系列等。關(guān)于逐包式技術(shù)的詳細情況這里不再介紹。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 2．流交換技術(shù) 特定的源和目的地之間數(shù)據(jù)流的概念是所有流交換機制的核心。檢測流的方法、識別屬于特定流的分組的方法以及建立承載流的路徑隨實現(xiàn)機制的變化而不同。但主要的類型可大致分為兩類： (1) 以終端系統(tǒng)為中心的方法。該方法要求所有參與通信的終端系統(tǒng)進行相應(yīng)軟件的安裝或修改。典型的代表有 3Com公司的 Fast IP， Cabletron公司的 Secure Fast虛擬網(wǎng)絡(luò)。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) (2) 以網(wǎng)絡(luò)為中心的方法。該方法不需要終端系統(tǒng)進行修改，它們在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)提供相應(yīng)功能。典型的代表有 Cisco公司的 NetFlow LAN交換、 Tag Switching, Ipsilon公司的 IP Switching，“ ATM論壇”的 MPOA以及 IETF的 MPLS等。 從目前趨勢來看，流交換更可能應(yīng)用于廣域網(wǎng)中，尤其在基于 IP的寬帶綜合網(wǎng)中，因此本章我們只簡單介紹適用于 LAN環(huán)境的幾種流交換技術(shù)的工作原理。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 1) 3Com公司的 Fast IP Fast IP屬于端系統(tǒng)驅(qū)動的流交換方法，它采用了“路由一次，隨后交換”的方法。另外，其實現(xiàn)還依賴下一跳解析協(xié)議NHRP(Next Hop Resolution Protocol)。 Fast IP的設(shè)計者認為，只有端系統(tǒng)有足夠的應(yīng)用知識可對特定業(yè)務(wù)流的性能需求做出明智決策，而網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備 (即交換機或路由器 )所做的決策更多的是基于推測而非應(yīng)用需求的知識，因此由端系統(tǒng)進行檢測和協(xié)商流捷徑是更為有效的機制。 Fast IP的工作原理描述如下： 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) (1) 發(fā)端系統(tǒng) A使用 NHRP協(xié)議，發(fā)起一個快速 IP連接請求。 (2) 路由器收到該請求，如果允許建立捷徑，則按傳統(tǒng)方式路由該請求分組，如果不允許，發(fā)端系統(tǒng) A將收不到 NHRP響應(yīng)，后續(xù)分組將按逐跳路由方式轉(zhuǎn)發(fā)。 (3) NHRP請求傳到目的端系統(tǒng) B,如果 B也運行快速 IP，則它發(fā)送一個包含其 MAC地址的 NHRP應(yīng)答。 (4) 交換機將沿 NHRP應(yīng)答的返回路徑逆向建立交換路徑，如果 A接收到 NHRP應(yīng)答，它就重新定向后續(xù)分組到目的 MAC地址，此后分組將直接通過第二層 MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)而無須第三層路由器進行處理。如果由于兩個端系統(tǒng)之間沒有交換路徑而無NHRP應(yīng)答返回，則分組將按路由方式轉(zhuǎn)發(fā)。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 2) Cisco公司的 NetFlow NetFlow交換是一種網(wǎng)絡(luò)中心式流交換方法。 NetFlow中的一個網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流由特定源和目的地 IP地址定義。為改善性能，交換機內(nèi)部配置一個高速緩沖存儲器，每個流的第一個分組經(jīng)路由處理后，其流標記信息被存儲在高速緩沖存儲器中，后續(xù)分組到達后，首先根據(jù)緩沖器中的信息進行匹配查找，一旦命中，立即轉(zhuǎn)發(fā)，否則按通常的方式查路由表、逐跳方式處理。 根據(jù) NetFlow技術(shù)的工作過程，可以看到它不要求網(wǎng)絡(luò)中的每一個交換機都實現(xiàn) NetFlow，而且它是根據(jù)第三層地址來進行交換的。但是 NetFlow不建立端到端的路徑，分組的交換只有局部意義。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 除上面介紹的兩種技術(shù)外，目前已有的較有影響的流交換技術(shù)還有：“ ATM論壇”的 ATM上的多協(xié)議 MPOA(MultiProtocol over ATM)， Cisco公司的 Tag Switching， Ipsilon公司的IP Switching等。從應(yīng)用上來看，它們主要還是應(yīng)用于 IP骨干網(wǎng)。到目前為止，已有的流交換技術(shù)中主要的思想大多都反映在IETF的 MPLS協(xié)議中了， MPLS將成為下一代基于 IP的寬帶綜合網(wǎng)絡(luò)的交換技術(shù)標準。我們也把上述技術(shù)歸到廣域網(wǎng)的 IP交換技術(shù)中，這里不再介紹。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 第 四 層 交 換 1．概念 在 OSI/RM中，第四層是運輸層，其主要的任務(wù)是負責(zé)端到端的可靠通信。在 TCP/IP協(xié)議棧中， TCP和 UDP位于該層。第四層交換就是利用第四層的信息做出比第二層和第三層交換更優(yōu)化的選擇。通常第二層和第三層提供的主要是關(guān)于網(wǎng)絡(luò)和主機的信息，而不提供關(guān)于應(yīng)用類型和屬性的信息，這些是在第四層來提供的。如果需要根據(jù)業(yè)務(wù)屬性和類別來提供不同的服務(wù)質(zhì)量以及決定一些更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)控制策略，則必須依靠第四層信息。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 第四層交換的簡單的定義是：交換機不僅依據(jù) MAC地址和IP地址選擇路由，而且要依據(jù)第四層特定應(yīng)用的端口號來進行，以增加網(wǎng)絡(luò)的靈活性，改善服務(wù)性能。在 TCP/IP中，根據(jù)端口號可以確定一個端到端通信業(yè)務(wù)的類型，根據(jù)不同的業(yè)務(wù)類型，交換機可以為分組提供不同的服務(wù)質(zhì)量。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 2．端口的分配 在第 4層中， TCP和 UDP分組頭包含端口號，它們可以惟一區(qū)分每個分組屬于哪些應(yīng)用協(xié)議 (例如 HTTP、 SMTP、 FTP等 )。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點利用這種信息可以區(qū)分所收到的 IP分組類型，并把它交給合適的高層軟件，或指導(dǎo)分組轉(zhuǎn)發(fā)和排隊。通常端口號和設(shè)備 IP地址的組合稱作 套接字 socket。 端口的分配遵循約定的規(guī)律， 1和 255之間的端口號被保留，它們稱為 熟知 端口。也就是說，在所有主機 TCP/IP協(xié)議棧實現(xiàn)中，這些端口的用途是相同的。除“熟知”端口外，標準 UNIX服務(wù)分配在 256～ 1024端口范圍。這樣，用戶應(yīng)用進程一般在1024以上分配端口號。已分配端口號的最新清單可以在 RFC 1700上找到。 TCP/UDP端口號提供的附加信息可以為網(wǎng)絡(luò)交換機所利用，這是第四層交換的基礎(chǔ)。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 3．主要功能 第四層交換機通常都支持多層交換，主要用于企業(yè)主干網(wǎng)和基于 TCP/IP的寬帶網(wǎng)，要求必須在支持高性能的前提下，為不同應(yīng)用提供不同的 QoS保證，保證企業(yè)關(guān)鍵應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量。其主要功能有： (1) 線速率交換能力，尤其在千兆以太網(wǎng)中。 (2) 實現(xiàn)一個路由器的全部功能。 (3) 根據(jù)應(yīng)用類型提供不同服務(wù)級別的能力。 (4) 網(wǎng)絡(luò)流量管理能力。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 4．工作過程 第四層交換通常經(jīng)過以下三個步驟： (1) 由 IP分組的業(yè)務(wù)類型字段識別不同的應(yīng)用數(shù)據(jù)流。 (2) 為不同的應(yīng)用數(shù)據(jù)流提供優(yōu)先級排隊和調(diào)度。 (3) 為應(yīng)用數(shù)據(jù)流建立捷徑或快速轉(zhuǎn)發(fā)。 采用第四層交換機制可以使網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵業(yè)務(wù)獲得有保證的服務(wù)質(zhì)量，有利于實現(xiàn)基于 IP的 QoS。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 5．交換機制的實現(xiàn) 第四層交換機除了依據(jù)第二層和第三層的地址信息外，還要依據(jù)第四層的信息來對分組進行排隊轉(zhuǎn)發(fā)，因而協(xié)議處理的工作量高于第三層交換機。由于第四層交換機主要用在主干網(wǎng)上以改善網(wǎng)絡(luò)性能，因此要求對分組的處理速度應(yīng)象第三層交換機一樣達到線路交換速率 (無交換處理時延 )，因而第四層交換功能通常都采用 ASIC來實現(xiàn)，同時其內(nèi)部往往配置大容量緩沖區(qū)，以針對不同的應(yīng)用進行流量排隊。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 另一個實現(xiàn)時的主要問題是，進行第四層交換需要交換機有區(qū)分和存儲大量轉(zhuǎn)發(fā)表項的能力。位于核心網(wǎng)的交換機尤其如此。許多第二層和第三層交換機轉(zhuǎn)發(fā)表的大小與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量成正比。對于第四層交換機，這個數(shù)量必須乘以網(wǎng)絡(luò)中使用的不同應(yīng)用協(xié)議和會話的數(shù)量，因而轉(zhuǎn)發(fā)表的大小隨端點設(shè)備和應(yīng)用類型數(shù)量的增長而迅速增長。第四層交換機設(shè)計者在設(shè)計產(chǎn)品時需要考慮表的這種增長。大的表容量對支持以線速發(fā)送第四層流量的高性能交換機來說至關(guān)重要。 總的來說，第四層的交換技術(shù)還處于起步階段，也沒有形成統(tǒng)一的標準，但第四層交換可以在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中提供靈活的不同粒度的服務(wù)級別，使得網(wǎng)絡(luò)管理者能建立依據(jù)特殊應(yīng)用類型的流量控制策略，這種功能對未來的網(wǎng)絡(luò)將變得至關(guān)重要。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 思 考 題 討論在廣播型網(wǎng)絡(luò)中是否需要網(wǎng)絡(luò)層？ 在局域網(wǎng)中，競爭信道方案的一個缺點是多個站點試圖同時訪問信道而導(dǎo)致的容量浪費。討論如何改進共享介質(zhì)的多址接入技術(shù)，以減少由于碰撞帶來的容量浪費。 解釋網(wǎng)段、沖突域、和廣播域的概念。對網(wǎng)橋而言，當(dāng)收到一個幀，而不知其目的地時，該幀將被如何轉(zhuǎn)發(fā)？后果是什么？ 第 6章 局域網(wǎng)交換技術(shù) 比較網(wǎng)橋、第二層交換機、路由器轉(zhuǎn)發(fā)方式的區(qū)別？ 描述局域網(wǎng)交換機的工作原理及轉(zhuǎn)發(fā)表的構(gòu)造過程。 多層交換基于路由器之間的區(qū)別是什么？ 說明第四層交換的主要設(shè)計思想。與第三層交換比較，它的主要優(yōu)點在哪里？