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什么是三層交換機

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一、什么是三層交換機
在92年 ， 就已經有三層交換機誕生 ， 那么到底什么是三層交換機呢？在早期 ， 人們想把二層交換和三層路由功能結合在一臺設備上 ， 以減少 設備數量 。那時第三層交換是基于軟件的 ， 轉發(fā)速度很慢 ， 后來才發(fā)展到以硬件來實現三層交換 。從今天來看 ， 三層交換機實質就是一種非凡的路由器 ， 是一種在性能上側重于交換（二層和三層） ， 有很強交換能力而價格低廉的路由器 。它以ASIC實現IP包的三層交換 ， 其交換能力都在MPPS以上 ， 而傳統(tǒng)的路由器一般不超過10萬包/秒（這里指的是單塊板的轉發(fā)能力 ， 不是指采用分布式轉發(fā)情況多塊板的總的轉發(fā)能力 ， 也不包括現在采用昂貴的網絡處理器構成的GSR等 ， 此外現在有更高速CPU推出 ， 但也很難超過1MPPS 【3】） 。網絡處理器價格高昂在于它除了三層交換部分本身比較復雜外 ， 它還有很強的QOS ， POLICY等功能 。以IBM的Rainer處理器為例：它的 硬件可治理上千個流 ， 軟件配置不同流的帶寬 ， 內嵌 PowerPC 處理器； 擁有大量的協(xié)處理器和硬件加速器 ， 可以并行地處理數據 。而三層交換機的轉發(fā)部分為了降低成本 ， 根本不可能線速支持上千個流并有能力進行帶寬分配 。原來有人有一種觀點 ， 那就是用最長匹配實現大路由表查找的CAM很貴 ， 換句話說用硬件來實現大路由表的最長匹配搜索成本很高 ， 從調查資料來看 ， 這種觀點看來并不一定對 。路由表的搜索采用CAM實現成本也并不高 。以 Kawasaki LSI公司的支持最長匹配搜索的的CAM芯片KE5BLME064為例 ， 它支持64K的路由前綴項 ， 每個ENTRY 40bit 寬 ， 包搜索速度可達6.7Mpps ， 時延為數百個納秒 ， 而價格不到60美元【6】 。當然減少支持的路由表項無疑能降低成本 ， 而且就三層交換機通常的應用環(huán)境來看不需要太多的路由表項 ， 因此一般三層交換機支持的路由表項比GSR要少 ， 例如CISCO 4000系列只支持到16K--32K路由表項 ， 北電的ACCLER 1000支持32K 。不過CISCO應用在6500系列上的SUPER ENGINES 2已經支持到128K ， 已經可以和骨干網路由器的表項相當了 。CISCO設計的轉發(fā)引擎上支持的路由表越來越大和CISCO考慮到三層交換機往城域網和骨干網上應用有關 。總的來看 ， 網絡處理器之所以貴 ， 應該還是貴在它的靈活性上 ， 貴在支持QOS ， POLICY ， 以及多種協(xié)議 ， 尤其是有些協(xié)議還沒有完全形成標準 ， 網絡處理器可能只需修改軟件就可以支持（多數三層交換機就有困難 ， 這也導致有很多廠家早期三層交換機與現在的協(xié)議不兼容） ， 網絡處理器要對包內容進行更多的識別 ， 更復雜的調度 ， 為了達到線速處理 ， 里面常集合多個微引擎 ， 支持多線程處理 。這些也許才是導致網絡處理器價格急劇上升的主要原因 。相比起來三層交換機在這方面能力就很弱 ， 例如CISCO 6000系列只支持16個QOS隊列 ， 4000只支持一個 ， 5500支持兩個 ， 而Extreme的 三層引擎只支持4個隊列 。
因為是采用硬件實現三層交換 ， 所以交換速度能做到很高 ， 但要想同時支持大量三層協(xié)議 ， 如IP,　IPX ， AppleTalk,　DECnet等等 ， 這些協(xié)議的封包格式不一樣 ， 用軟件實現起來輕易 ， 用硬件實現卻非常困難 ， 用硬件實現轉發(fā)的協(xié)議太多 ， 只會帶來成本的急劇上升 ， 因此三層交換機上一般只考慮支持較為常用的IP ， IPX協(xié)議 ， IP多播 。也有的三層交換機支持其它的 ， 但那是用軟件實現的 ， 轉發(fā)速率較低 ， 例如 CISCO 的CATALYST 6000系列就在MSFC上用軟件實現AppleTalk等 ， 轉發(fā)速率在10萬－20萬包/秒【4】 。
三層交換機現在主要提供以太網接口 。以太網技術簡單 ， 價格低廉 ， 在企業(yè)網里應用最為普遍 ， 三層交換機采用以太網接口 ， 能為企業(yè)網提供廉價而高速交換的設備 ， 替代價格高昂而性能卻上不去的的路由器 。三層交換機的ASIC同時提供IP的二層和三層交換 ， 把原來二層以太網交換機和路由器的功能熔為一體 ， 極大的降低了用戶的成本 。隨著寬帶業(yè)務的興起 ， 三層交換機的應用范圍不斷拓展 ， 尤其是GE和10G以太網技術的迅速發(fā)展 ， 導致三層交換機從企業(yè)網已經逐步走向了城域網 ， 而應用范圍的拓展也促進了其設計的革新 。例如原來在三層交換機廣泛采用的是CACHE技術 ， 在三層交換機往城域網和骨干網上應用時 ， 業(yè)務流無規(guī)則性越來越強 ， 網絡拓撲變更也有增加 ， 因為視頻語言業(yè)務的增加 ， QOS等也有需求 ， 采用這種技術的弊病越來越明顯；三層交換機在向城域網和骨干網上發(fā)展時要求三層交換機需要支持的協(xié)議也越來越多 ， 如有的廠家三層交換機已經支持OSPF, BGP ， MPLS等協(xié)議 ， 有的甚至采用可編程ASIC,支持IPV6 。

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