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深究第3层交换技术及其实际应用_网络技术

发布时间:2020-11-04 来源:win7旗舰版 浏览量:

网络技术是从1990年代中期发展起来的新技术,它把互联网上分散的资源融为有机整体,实现资源的全面共享和有机协作,使人们能够透明地使用资源的整体能力并按需获取信息。资源包括高性能计算机、存储资源、数据资源、信息资源、知识资源、专家资源、大型数据库、网络、传感器等。 当前的互联网只限于信息共享,网络则被认为是互联网发展的第三阶段。

第三层交换技术还是比较常用的,于是我研究了一下第三层交换技术及其实际应用,在这里拿出来和大家分享一下,希望对大家有用。众所周知,为了满足日益增长的用户需求以及适应网络深化应用带来的挑战,在过去的20多年里,信息网络在速度和网段这两个技术方向的发展日新月异。

在网络速度方面,给用户提供了更高的带宽:局域网的速度已从最初的10Mbit/s提高到100Mbit/s乃至更高,目前千兆以太网技术已得到普遍应用。同时FDDI和ATM技术给用户为提高网络速度提供了更多的选择。在网段方面也有了质的突破:已从早期共享介质的局域网发展到目前的交换式局域网。交换式局域网技术使专用的带宽为用户所独享,极大的提高了局域网传输的效率。可以说,在网络系统集成的技术中,直接面向用户的第一层接口和第二层交换技术方面已得到令人满意的答案。

但是,作为网络核心、起到网间互连作用的路由器技术却没有质的突破。传统的路由器基于软件,协议复杂,与局域网速度相比,数据传输的效率较低。但同时它又作为网段(子网,虚拟网)互连的枢纽,这就使传统的路由器技术面临严峻的挑战。随着Internet/Intranet的迅猛发展和B/S(浏览器/服务器)计算模式的广泛应用,跨地域、跨网络的业务急剧增长,网络运营商和用户都深深感受到了传统的路由器在网络中的瓶颈效应,改进传统的路由技术迫在眉睫。在这种情况下,一种新的路由技术应运而生,这就是第三层交换技术

第三层交换技术的原理及发展

网络技术随着用户应用和需求在不断的进化和演变。80年代初期,第一代局域网技术开始应用于企业内部组网时,主要局限于主机连接、文件和打印共享,多个用户共享10Mbit/s信道已能满足要求。但随着网络规模的日益扩大,网上用户越来越多,特别是用户的应用已转向客户/服务器、大流量的应用、IntranetWeb访问和实时音像服务时,旧的网络系统就不能胜任,其表现在:HUB是基于共享介质的通信设备,它是一种第一层设备;用户数据的碰撞检测和出错重发过程使传输的效率大大降低;桥可起到网段微化、减小碰撞域从而优化局域网性能的目的,它是一种第二层设备,可识别MAC地址,可以作到局域网间信息的智能转发,但它是对高层(第三层以上)协议透明的设备,不能有效的阻止广播风暴;路由器在子网间互联、安全控制、广播风暴限制等方面起了关键的作用,但其复杂的算法、较低的数据吞吐量使其成为网络的瓶颈。意识到以上问题,人们从HUB和桥这些直接面向用户、可独立形成局域网的基础设备入手,对网络技术进行了革命,其中最大的变革就是在新一代的网络系统集成中,用局域网交换机替代HUB,以提高网络的性能。

90年代初的网络系统的集成模式中,大量引入局域网交换机。局域网交换机是一种第二层网络设备,它可理解的第二层如MAC地址等。交换机在操作过程中不断的收集资料去建立它本身的地址表,这个表相当简单,主要标明某个MAC地址是在哪个端口上被发现的,所以当交换机接收到一个数据封包时,它会检查该封包的目的MAC地址,核对一下自己的地址表以决定从哪个端口发送出去。而不是象HUB那样,任何一个发方数据都会出现在HUB的所有端口上(不管是否为你所需)。

局域网交换机的引入,使得网络站点间可独享带宽,消除了无谓的碰撞检测和出错重发,提高了传输效率,在交换机中可并行的维护几个独立的、互不影响的通信进程。在交换网络环境下,用户信息只在源节点与目的节点之间进行传送,其他节点是不可见的。但有一点例外,当某一节点在网上发送广播或多目广播时,或某一节点发送了一个交换机不认识的MAC地址封包时,交换机上的所有节点都将收到这一广播信息。整个交换环境构成一个大的广播域。人们用一个新的名词FlatNetwork来形容这种环境:多个交换机互连(堆叠)形成了一个大的局域网,但不能有效的划分子网,这就使网络的效率大打折扣。交换机的速度比路由器快的多,而且价格也便宜的多。不过第二层交换也暴露出弱点:对广播风暴、异种网络互连、安全性控制等不能有效的解决。为解决这些矛盾,人们又发明了建立在交换机上的虚拟网技术。

事实上一个虚拟网就是一个广播域。为了避免在大型交换机上进行的广播所引起的广播风暴,可将其进一步划分为多个虚拟网。在一个虚拟网内,由一个工作站发出的信息只能发送到具有相同虚拟网号的其他站点,其它虚拟网的成员收不到这些信息或广播帧。采用虚拟网有如下优势:

控制网络上的广播风暴;
(2)增加网络的安全性;
(3)集中化的管理控制。

这就是在局域网交换机上采用虚拟网技术的初衷,也确实解决了一些问题。但这种技术也引发出一些新的问题:随着应用的升级,网络规划/实施者可根据情况在交换式局域网环境下将用户划分在不同虚拟网上。但是虚拟网之间通信是不允许的,这也包括地址解析(ARP)封包。要想通信就需要用路由器桥接这些虚拟网。这就是虚拟网的问题:不用路由器是嫌它慢,用交换机速度快但不能解决广播风暴问题,在交换机中采用虚拟网技术可以解决广播风暴问题,但又必须放置路由器来实现虚拟网之间的互通,进而形成了一个不可逾越的怪圈。在这种网络系统集成模式中,路由器是核心。路由器所起的作用是:

网段微化;
(2)网络拥塞的控制;
(3)网络的安全控制;
(4)子网(虚拟网)间互连。

采用路由器作为网络的核心所产生的问题是增加了3层路由选择的时间,数据的传输效率低,增加、移动和改变节点的复杂性有增无减。路由器价格昂贵、结构复杂,增加子网/虚拟网的互连意味着要增加路由器端口,投资也增大。

第三层交换技术原理

从应用上来看,Internet和Intranet的迅猛发展,跨网络、跨地域的B/S计算模式得到广泛的应用,这一切对路由器提出更高的要求。而路由器的高费用、低性能使其成为网络的瓶颈。但由于网络间互连的需求,它又是不可缺少的并处于网络的核心位置。可以说,当网络技术发展到这个地步时,网络的核心?路由器技术的革新已刻不容缓,现实世界的应用为路由器技术提出了严峻的挑战。在这种情况下,提出了第三层交换技术。



网络的神奇作用吸引着越来越多的用户加入其中,正因如此,网络的承受能力也面临着越来越严峻的考验―从硬件上、软件上、所用标准上......,各项技术都需要适时应势,对应发展,这正是网络迅速走向进步的催化剂。

关键词: 第三层交换技术 
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