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第三層交換介紹( 二 )

云知道


事實(shí)上一個(gè)虛擬網(wǎng)就是一個(gè)廣播域 。為了避免在大型交換機(jī)上進(jìn)行的廣播所引起的廣播風(fēng)暴，可將其進(jìn)一步劃分為多個(gè)虛擬網(wǎng) 。在一個(gè)虛擬網(wǎng)內(nèi)，由一個(gè)工作站發(fā)出的信息只能發(fā)送到具有相同虛擬網(wǎng)號(hào)的其他站點(diǎn) 。其它虛擬網(wǎng)的成員收不到這些信息或廣播幀 。采用虛擬網(wǎng)有如下優(yōu)勢(shì)：
控制網(wǎng)絡(luò)上的廣播風(fēng)暴；
增加網(wǎng)絡(luò)的安全性；
集中化的治理控制；
就是在局域網(wǎng)交換機(jī)上采用虛擬網(wǎng)技術(shù)的初衷，也確實(shí)解決了一些問(wèn)題 。但這種技術(shù)也引發(fā)出一些新問(wèn)題：隨著應(yīng)用的升級(jí)，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃/實(shí)施者可根據(jù)情況在交換式局域網(wǎng)環(huán)境下將用戶(hù)劃分在不同虛擬網(wǎng)上 。但是虛擬網(wǎng)之間通信是不答應(yīng)的，這也包括地址解析(ARP)封包 。要想通信就需要用路由器橋接這些虛擬網(wǎng) 。這就是虛擬網(wǎng)的問(wèn)題： 不用路由器是嫌它慢，用交換器速度快但不能解決廣播風(fēng)暴問(wèn)題，在交換器中采用虛擬網(wǎng)技術(shù)可以解決廣播風(fēng)暴問(wèn)題，但又必須放置路由器來(lái)實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)之間的互通 。形成了一個(gè)不可逾越的怪圈 。這就是網(wǎng)絡(luò)的核心和樞紐路由器的問(wèn)題 。在這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成模式中，路由器是核心 。
路由器所起的作用是：
網(wǎng)段微化;
網(wǎng)絡(luò)擁塞的控制;
網(wǎng)絡(luò)的安全控制;
子網(wǎng)(虛擬網(wǎng))間互連;
采用路由器作為網(wǎng)絡(luò)的核心所產(chǎn)生的問(wèn)題 路由器增加了3層路由選擇的時(shí)間，數(shù)據(jù)的傳輸效率低 增加、移動(dòng)和改變節(jié)點(diǎn)的復(fù)雜性有增無(wú)減 路由器價(jià)格昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜 增加子網(wǎng)/虛擬網(wǎng)的互連意味著要增加路由器端口，投資也增大 。

從應(yīng)用上來(lái)看，Internet和Intranet迅猛發(fā)展，跨網(wǎng)絡(luò)、跨地域的B/S計(jì)算模式得到廣泛的應(yīng)用，這一切對(duì)路由器提出更高的要求 。路由器的高費(fèi)用、低性能使其成為網(wǎng)絡(luò)的瓶頸 。但由于網(wǎng)絡(luò)間互連的需求，它又是不可缺少的并處于網(wǎng)絡(luò)的核心位置 ?？梢哉f(shuō)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展到這個(gè)地步時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的核心--路由器技術(shù)的革新已刻不容緩 ?，F(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用為路由器技術(shù)提出了嚴(yán)重的挑戰(zhàn) 。在這種情況下，提出了第三層交換技術(shù) 。
第三層交換技術(shù)的原理
一個(gè)具有第三層交換功能的設(shè)備是一個(gè)帶有第三層路由功能的第二層交換機(jī)，但它是二者的有機(jī)結(jié)合，并不是簡(jiǎn)單的把路由器設(shè)備的硬件及軟件簡(jiǎn)單地疊加在局域網(wǎng)交換機(jī)上 。
從硬件的實(shí)現(xiàn)上看，目前，第二層交換機(jī)的接口模塊都是通過(guò)高速背板/總線(xiàn)(速率可高達(dá)幾十Gbit/s)交換數(shù)據(jù)的，在第三層交換機(jī)中，與路由器有關(guān)的第三層路由硬件模塊也插接在高速背板/總線(xiàn)上，這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊間高速的交換數(shù)據(jù)，從而突破了傳統(tǒng)的外接路由器接口速率的限制(10Mbit/s---100Mbit/s)，在軟件方面，第三層交換機(jī)也有重大的舉措，它將傳統(tǒng)的基于軟件的路由器軟件進(jìn)行了界定，其作法是：
1對(duì)于數(shù)據(jù)封包的轉(zhuǎn)發(fā)：如IP/IPX封包的轉(zhuǎn)發(fā)，這些有規(guī)律的過(guò)程通過(guò)硬件得以高速實(shí)現(xiàn) 。
2對(duì)于第三層路收軟件：如路由信息的更新、路由表維護(hù)、路由計(jì)算、路由的確定等功能，用優(yōu)化、高效的軟件實(shí)現(xiàn) 。假設(shè)兩個(gè)使用IP協(xié)議的站點(diǎn)通過(guò)第三層交換機(jī)進(jìn)行通信的過(guò)程，發(fā)送站點(diǎn)A在開(kāi)始發(fā)送時(shí)，已知目的站的IP地址，但尚不知道在局域網(wǎng)上發(fā)送所需要的MAC地址 。要采用地址解析(ARP)來(lái)確定目的站的MAC地址 。發(fā)送站把自己的IP地址與目的站的IP地址比較，采用其軟件中配置的子網(wǎng)掩碼提取出網(wǎng)絡(luò)地址來(lái)確定目的站是否與自己在同一子網(wǎng)內(nèi) 。若目的站B與發(fā)送站A在同一子網(wǎng)內(nèi)，A廣播一個(gè)ARP請(qǐng)求，B返回其MAC地址，A得到目的站點(diǎn)B的MAC地址后將這一地址緩存起來(lái)，并用此MAC地址封包轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)，第二層交換模塊查找MAC地址表確定將數(shù)據(jù)包發(fā)向目的端口 。若兩個(gè)站點(diǎn)不在同一子網(wǎng)內(nèi)，如發(fā)送站A要與目的站C通信，發(fā)送站A要向“缺省網(wǎng)關(guān)”發(fā)出ARP(地址解析)封包，而“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址已經(jīng)在系統(tǒng)軟件中設(shè)置 。這個(gè)IP地址實(shí)際上對(duì)應(yīng)第三層交換機(jī)的第三層交換模塊 。所以當(dāng)發(fā)送站A對(duì)“缺省網(wǎng)關(guān)”的IP地址廣播出一個(gè)ARP請(qǐng)求時(shí)，若第三層交換模塊在以往的通信過(guò)程中已得到目的站B的MAC地址，則向發(fā)送站A回復(fù)B的MAC地址；否則第三層交換模塊根據(jù)路由信息向目的站廣播一個(gè)ARP請(qǐng)求，目的站C得到此ARP請(qǐng)求后向第三層交換模塊回復(fù)其MAC地址，第三層交換模塊保存此地址并回復(fù)給發(fā)送站A 。以后，當(dāng)再進(jìn)行A與C之間數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，將用最終的目的站點(diǎn)的MAC地址封包，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程全部交給第二層交換處理，信息得以高速交換 。第三層交換具有以下突出特點(diǎn)：有機(jī)的硬件結(jié)合使得數(shù)據(jù)交換加速；優(yōu)化的路由軟件使得路由過(guò)程效率提高；除了必要的路由決定過(guò)程外，大部分?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程由第二層交換處理；多個(gè)子網(wǎng)互連時(shí)只是與第三層交換模塊的邏輯連接，不象傳統(tǒng)的外接路由器那樣需增加端口，保護(hù)了用戶(hù)的投資 。

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