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解析第三層交換技術(shù)

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摘 要 分析第三層交換技術(shù)基本特征，并深入解析第三層交換技術(shù)分類、工作原理及實(shí)現(xiàn)方法，比較了兩類第三層交換技術(shù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)特點(diǎn) 。對(duì)目前局域網(wǎng)互聯(lián)中第三層交換機(jī)“路由一次，處處交換”或“基于目的MAC地址的第二層交換”這一觀點(diǎn)提出質(zhì)疑 。
要害詞 第三層交換技術(shù) 傳統(tǒng)路由器 三層交換機(jī) 報(bào)文到報(bào)文交換 流交換
隨著當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量呈幾何級(jí)數(shù)爆炸式增長(zhǎng)，并且業(yè)務(wù)流模式改變?yōu)楦嗟臉I(yè)務(wù)流跨越子網(wǎng)邊界，穿越路由器的業(yè)務(wù)流也大大增加，傳統(tǒng)路由器低速、復(fù)雜所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸凸現(xiàn)出來 。第三層交換技術(shù)的出現(xiàn)，很好地解決了局域網(wǎng)中業(yè)務(wù)流跨網(wǎng)段引起的低轉(zhuǎn)發(fā)速率、高延時(shí)等網(wǎng)絡(luò)瓶頸問題 。第三層交換設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域也從最初的骨干層、匯聚層一直滲透到邊緣的接入層 。第三層交換設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)中的應(yīng)用日益普及 。然而，人們對(duì)第三層交換技術(shù)及其設(shè)備的理解卻存在較大差異 。一些專業(yè)雜志和科普文摘對(duì)第三層交換技術(shù)原理的不準(zhǔn)確介紹輕易引起誤導(dǎo) 。第三層交換作為新一代局域網(wǎng)路由和交換技術(shù)，其產(chǎn)品在體系結(jié)構(gòu)、所實(shí)現(xiàn)的功能和性能上都有別于二層以太網(wǎng)交換機(jī)和傳統(tǒng)路由器 。本文分析第三層交換技術(shù)的基本特征、分類及實(shí)現(xiàn)原理，希望能對(duì)人們進(jìn)一步理解和使用第三層交換設(shè)備有所裨益 。
1 第三層交換技術(shù)基本特征
第三層交換技術(shù)也稱為IP交換技術(shù) 。它將第二層交換機(jī)和第三層路由器兩者的優(yōu)勢(shì)結(jié)合成為一個(gè)有機(jī)的整體，是一種利用第三層協(xié)議中的信息來加強(qiáng)第二層交換功能的機(jī)制，是新一代局域網(wǎng)路由和交換技術(shù) 。第三層交換技術(shù)具有以當(dāng)前系統(tǒng)1/10的代價(jià)獲得傳輸性能于過去10倍的能力 。既然第三層交換機(jī)能夠代替路由器執(zhí)行傳統(tǒng)路由器的大多數(shù)功能，它應(yīng)該具有路由的基本特征 。我們知道，路由的核心功能主要包括數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)和路由處理兩方面 。數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)是路由器和第三層交換機(jī)最基本的功能，用來在子網(wǎng)間傳送數(shù)據(jù)報(bào)文；路由處理子功能包括創(chuàng)建和維護(hù)路由表，完成這一功能需要啟用路由協(xié)議如RIP或OSPF來發(fā)現(xiàn)和建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)視圖，形成路由表 。路由處理一旦完成，將數(shù)據(jù)報(bào)文發(fā)送至目的地就是報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)子功能的任務(wù)了 。報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)子功能的工作包括檢查IP報(bào)文頭、IP數(shù)據(jù)包的分片和重組、修改存活時(shí)間（TTL）參數(shù)、重新計(jì)算IP頭校驗(yàn)和、MAC地址解析、IP包的數(shù)據(jù)鏈路封裝以及IP包的差錯(cuò)與控制處理（ICMP）等等 。第三層交換也包括一系列非凡服務(wù)功能，如數(shù)據(jù)包的格式轉(zhuǎn)換，信息流優(yōu)先級(jí)別劃分，用戶身份驗(yàn)證及報(bào)文過濾等安全服務(wù)，IP地址治理，局域網(wǎng)協(xié)議和廣域網(wǎng)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換 。當(dāng)?shù)谌龑咏粨Q機(jī)僅用于局域網(wǎng)中子網(wǎng)間或VLAN間轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)流時(shí)可以不執(zhí)行路由處理，只作第三層業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)，這種情況下設(shè)備可以不需要路由功能 。
由于傳統(tǒng)路由器是一種軟件驅(qū)動(dòng)型設(shè)備，所有的數(shù)據(jù)包交換、路由和非凡服務(wù)功能，包括處理多種底層技術(shù)和多種第三層協(xié)議幾乎都由軟件來實(shí)現(xiàn)，并可通過軟件升級(jí)增強(qiáng)設(shè)備功能，因而具有良好的擴(kuò)展性和靈活性 。但它也具有配置復(fù)雜、價(jià)格高、相對(duì)較低的吞吐量和相對(duì)較高的吞吐量變化等缺點(diǎn) 。第三層交換技術(shù)在很大程度上彌補(bǔ)了傳統(tǒng)路由器這些缺點(diǎn) 。在設(shè)計(jì)第三層交換產(chǎn)品時(shí)通常使用下面一些方法：
·削減處理的協(xié)議數(shù)，經(jīng)常只對(duì)IP；
·只完成交換和路由功能，限制非凡服務(wù)；
·使用專用集成電路（ASIC）構(gòu)造更多功能，而不是采用RSIC處理器之上的軟件運(yùn)行這些功能 。
第三層交換產(chǎn)品采用結(jié)構(gòu)化、模塊化的設(shè)計(jì)方法，體系結(jié)構(gòu)具有很好的層次感 。軟件模塊和硬件模塊分工明確、配合協(xié)調(diào)，信息可為整個(gè)設(shè)備集中保存、完全分布或高速緩存 。例如，IP報(bào)文的第三層目的地址在幀中的位置是確定的，地址位就可被硬件提取，并由硬件完成路由計(jì)算或地址查找；另一方面，路由表構(gòu)造和維護(hù)則可繼續(xù)由RSIC芯片中的軟件完成 。總之，第三層交換技術(shù)及產(chǎn)品的實(shí)現(xiàn)歸功于現(xiàn)代芯片技術(shù)非凡是ASIC技術(shù)的迅速發(fā)展 。

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