【正文】 換技術則更為通用，既可用于 ATM信元，也可用于基于MAC幀的網(wǎng)絡環(huán)境，并且很多流技術都直接與 ATM相關 (如在ATM上傳遞 IP分組 )，可提供有保證的服務質量。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 (3) 逐包式技術的安全性好于流交換技術。在基于流的網(wǎng)絡中，由于后續(xù)分組直接轉發(fā)，因此，當網(wǎng)絡拓撲因為故障發(fā)生變化時，將很難處理。而逐包式技術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 圖 基于流的第三層交換機的功能結構 路由協(xié)議路由表第三層轉發(fā)控制轉發(fā)表第二層轉發(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 主要的第三層交換技術介紹 1．逐包式技術 采用逐包式技術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。這一技術的主要代表有 3Com公司基于 FIRE(靈活智能路由引擎 )技術的交換， Bay公司 (已被北電網(wǎng)絡收購 )的 Accelar系列， Extreme公司的Summit系列等。關于逐包式技術的詳細情況這里不再介紹。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 2．流交換技術 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。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 (2) 以網(wǎng)絡為中心的方法。該方法不需要終端系統(tǒng)進行修改，它們在網(wǎng)絡設備內(nèi)提供相應功能。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的工作原理。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 1) 3Com公司的 Fast IP Fast IP屬于端系統(tǒng)驅動的流交換方法，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的設計者認為，只有端系統(tǒng)有足夠的應用知識可對特定業(yè)務流的性能需求做出明智決策，而網(wǎng)絡互連設備 (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 (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，后續(xù)分組將按逐跳路由方式轉發(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應答。 (4) 交換機將沿 NHRP應答的返回路徑逆向建立交換路徑，如果 A接收到 NHRP應答，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應答返回，則分組將按路由方式轉發(fā)。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 2) Cisco公司的 NetFlow NetFlow交換是一種網(wǎng)絡中心式流交換方法。 NetFlow中的一個網(wǎng)絡業(yè)務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技術的工作過程，可以看到它不要求網(wǎng)絡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 除上面介紹的兩種技術外，目前已有的較有影響的流交換技術還有：“ 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。從應用上來看，它們主要還是應用于 IP骨干網(wǎng)。到目前為止，已有的流交換技術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)絡的交換技術標準。我們也把上述技術歸到廣域網(wǎng)的 IP交換技術中，這里不再介紹。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 第 四 層 交 換 1．概念 在 OSI/RM中，第四層是運輸層，其主要的任務是負責端到端的可靠通信。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于網(wǎng)絡和主機的信息，而不提供關于應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)務屬性和類別來提供不同的服務質量以及決定一些更復雜的網(wǎng)絡控制策略，則必須依靠第四層信息。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 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)第四層特定應用的端口號來進行，以增加網(wǎng)絡的靈活性，改善服務性能。在 TCP/IP中，根據(jù)端口號可以確定一個端到端通信業(yè)務的類型，根據(jù)不同的業(yè)務類型，交換機可以為分組提供不同的服務質量。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 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用協(xié)議 (例如 HTTP、 SMTP、 FTP等 )。網(wǎng)絡節(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，或指導分組轉發(fā)和排隊。通常端口號和設備 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服務分配在 256～ 1024端口范圍。這樣，用戶應用進程一般在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)絡交換機所利用，這是第四層交換的基礎。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 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，為不同應用提供不同的 QoS保證，保證企業(yè)關鍵應用的服務質量。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)應用類型提供不同服務級別的能力。 (4) 網(wǎng)絡流量管理能力。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 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)務類型字段識別不同的應用數(shù)據(jù)流。 (2) 為不同的應用數(shù)據(jù)流提供優(yōu)先級排隊和調(diào)度。 (3) 為應用數(shù)據(jù)流建立捷徑或快速轉發(fā)。 采用第四層交換機制可以使網(wǎng)絡中的關鍵業(yè)務獲得有保證的服務質量，有利于實現(xiàn)基于 IP的 QoS。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 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)絡性能，因此要求對分組的處理速度應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)，以針對不同的應用進行流量排隊。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 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發(fā)表的大小與網(wǎng)絡設備的數(shù)量成正比。對于第四層交換機，這個數(shù)量必須乘以網(wǎng)絡中使用的不同應用協(xié)議和會話的數(shù)量，因而轉發(fā)表的大小隨端點設備和應用類型數(shù)量的增長而迅速增長。第四層交換機設計者在設計產(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重要。 總的來說，第四層的交換技術還處于起步階段，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級別，使得網(wǎng)絡管理者能建立依據(jù)特殊應用類型的流量控制策略，這種功能對未來的網(wǎng)絡將變得至關重要。 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 思 考 題 討論在廣播型網(wǎng)絡中是否需要網(wǎng)絡層？ 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致的容量浪費。討論如何改進共享介質的多址接入技術，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，當收到一個幀，而不知其目的地時，該幀將被如何轉發(fā)？后果是什么？ 第 6章 局域網(wǎng)交換技術 比較網(wǎng)橋、第二層交換機、路由器轉發(fā)方式的區(qū)別？ 描述局域網(wǎng)交換機的工作原理及轉發(fā)表的構造過程。 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計思想。與第三層交換比較，它的主要優(yōu)點在哪里？