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多層交換�(jī)
閱讀�4693�(shí)間:2011-03-17 10:57:07

  多層交換技�(shù)是傳�(tǒng)�2層交換技�(shù)與第3層路由技�(shù)在單一�(chǎn)品中的簡單結(jié)�,結(jié)合了2層交換和3層路由功能于一��路由�一般只能傳幾千�(gè)�,使�3 層交換,可以�(dá)到幾百萬�(gè)包傳�。多層交換技�(shù)是�(gè)新概念,該術(shù)語在行業(yè)中還沒有形成�(biāo)�(zhǔn)。供�(yīng)商、分析員和編輯員�(duì)一些行�(yè)�(shù)語的理解還沒有達(dá)成統(tǒng)一意見,如多層交換�(jī)、第2層路由器、第3層交換機(jī)、IP 交換�(jī)、路由交換機(jī)、交換路由器和線速路由器�。多層交換機(jī)是其中使用也最為廣泛的一種產(chǎn)�,它既可以執(zhí)行第3層路由功�,也可以�(zhí)行第2層交換功��

體系�(jié)�(gòu)

  通用直通路由選擇(Generic Cut-Through Routing):多層交換�(jié)�(gòu)�3層中的路由計(jì)算是在數(shù)�(jù)流的�1�(gè)�(shù)�(jù)包中完成的。該�(shù)�(jù)流中的其它數(shù)�(jù)包在�2層沿著相同的路由�(shí)�(xiàn)�(zhuǎn)�。換句話說,這種�(jié)�(gòu)下的路由�(jì)算和幀�(zhuǎn)�(fā)處理過程是不同的�

  基于 ATM 的直通路由選擇(ATM-Based Cut-Through Routing):這是基于通用直通路由選擇的一種變體結(jié)�(gòu),它基于 ATM 信元而不像通用直通路由選擇一樣基于幀�(jié)�(gòu)?;?ATM 的直通路由選擇結(jié)�(gòu)具有多種�(yōu)�(shì),如改�(jìn)� LAN 仿真支持和多供應(yīng)商以多協(xié)議對(duì) ATM (MPOA)標(biāo)�(zhǔn)的支�。有�(guān) IP 交換�(jī)和標(biāo)簽交換機(jī)的產(chǎn)品通常被歸為此�(jié)�(gòu)類目�

  �3層學(xué)�(xí)橋接(Layer 3 Learning Bridging):該結(jié)�(gòu)不支持路由選擇功�,而是利用IP“snooping”技�(shù)�(xué)�(xí)�(wǎng)�(luò)各處出現(xiàn)的真�(shí)路由器中終端站間� MAC/IP 地址�(guān)�,然后重定向通信流量,并基于�2層地址�(zhuǎn)換該流量�

  線速路由選擇(Wirespeed Routing):線速結(jié)�(gòu)可以�(dú)立傳送各�(gè)�(shù)�(jù)包,它常被稱為是一種Packet-by-Packet �3層交換技�(shù)。硬件中采用 ASIC �(zhí)行第3層路由選�,它需�(yùn)行動(dòng)�(tài)路由選擇�(xié)�,如 OSPF � RIP。除基本 IP 路由選擇以外,它還提� IP 組播路由選擇、VLAN 分離和多�(yōu)先級(jí),以支持服務(wù)�(zhì)量標(biāo)�(zhǔn)�

主要功能

  多層交換�(jī)和路由器之間的區(qū)別,最根本就是多層交換�(jī)也具有“路由”功�,與傳統(tǒng)路由器的路由功能總體上是一致的。不過雖然多層交換機(jī)與路由器都具有路由功�,但不能因此而把它們等同起�?,F(xiàn)在有許多寬帶路由器不僅具有路由功�,還提供了交換機(jī)端口、硬件防火墻功能,但不能把它與交換機(jī)或者防火墻等同起來一�。因?yàn)檫@些路由器的主要功能還是路由功�,其它功能只不過是其附加功能,其目的是使�(shè)備適用面更廣、使其更加實(shí)�。這里的多層交換機(jī)也一�,它仍是交換�(jī)�(chǎn)品,只不過它是具備了一些基本的路由功能的交換機(jī),它的主要功能仍是數(shù)�(jù)交換。也就是說它同時(shí)具備了數(shù)�(jù)交換和路由由�(fā)兩種功能,但其主要功能還是數(shù)�(jù)交換;而路由器僅具有路由轉(zhuǎn)�(fā)這一種主要功��

操作

      以如下拓?fù)浣Y(jié)�(gòu)為例:

多層交換機(jī)的操作

      步:�(fā)送MLSP Hello 信息
      �(dāng)路由器激活后,多層路由處理器� 15 秒發(fā)送一�(gè) MLSP  Hello �,這些包內(nèi)含路由器接口所使用� VLAN �(biāo)�(shí)� MAC 地址信息。MLS-SE 通過這些信息掌握具備多層交換能力的路由器的第二層屬�。如果交換機(jī)連接了多�(gè) MLS-RP,MLS-SE 通過為它們的 MAC 地址分配 XTAG 值的方法來區(qū)分每�(gè)MLS-RP � MAC 地址條目。如� MLSP 幀從同一�(gè)MLS-RP得到所有MAC地址� MLS-SE則為其附加相同的 XTAG �,具體如左圖所�。這些�(guān)�(lián)的記錄都存放� CAM �。由� Hello 包是周期性發(fā)送的,所�,這種方法可以保證相關(guān)值動(dòng)�(tài)地跟蹤網(wǎng)�(luò)的變�,并可實(shí)�(xiàn)一定的淘汰�(jī)制�   Hello包是在第二層�(fā)布的,它使用多播地址01-00-0C-DD-DD-DD�

                        步

      第二步:�(biāo)�(shí)候選�(Candidate Packet)  
      在了解具有多層交換能力的路由器的相關(guān)地址�,MLS-SE 可以�(duì)�(jìn)入交換機(jī)的數(shù)�(jù)包�(jìn)行匹配判斷。對(duì)于一�(gè)流中的數(shù)�(jù)�,如果MLS 緩存中含有與之匹配的捷徑條目,則MLS-SE就旁路路由器而直接轉(zhuǎn)�(fā)該數(shù)�(jù)�;如果MLS中不含與該數(shù)�(jù)包相匹配的捷徑條目,則MLS-SE 將它歸為候選�,并在緩存中建立部分捷徑(Partial shortcut)。這樣的包采用傳統(tǒng)的第二層交換�(jī)處理方式處理,并�(fā)往與之相連的路由器接�(�(wǎng)�(guān)),具體如圖所��

第二步

      第三步:�(biāo)�(shí)使能�(Enable Packet)  
      路由器收到并以傳�(tǒng)的方式轉(zhuǎn)�(fā)�(shù)�(jù)�。通過�(shù)�(jù)包的目標(biāo)地址路由表得�,這�(gè)包應(yīng)� Fast Ethernet1/0的第二�(gè)接口�(zhuǎn)�,并將包封裝為VLAN2幀通過ISL鏈路送回。具體過程如圖所�。此�(shí),路由器已經(jīng)重寫第二層幀的幀�。同�(shí),路由器不僅改寫� ISL 頭的 VLAN �(hào),而且也修改了兩�(gè) MAC  地址�  :源MAC改為路由器出口� MAC 地址,目�(biāo)MAC改為主�(jī) B � MAC 地址。雖然數(shù)�(jù)包的 IP 地址未改寫,� IP包頭的生存時(shí)�(TTL)值被� 1,故 IP 包頭的校�(yàn)和也需要做相應(yīng)的修改� 這�(gè)修改后的�(shù)�(jù)包稱為使能包(Enable Packet),當(dāng)這�(gè)�(shù)�(jù)包從路由器送出并穿過交換機(jī)到達(dá)目的地主�(jī)B時(shí),要履行下列五�(gè)功能�  

    1.  第二層交換機(jī)根據(jù)使能包的目的地MAC地址,知道該�(shù)�(jù)包應(yīng)該從PORT3/1口轉(zhuǎn)�(fā)出去�  

    2.  MLS-SE 得知使能包的幀頭上源地址是通過 Hello 過程建立的地址記錄之一�   

    3.  MLS-SE根據(jù)使能包目的IP地址查尋在第二步中建立的部分捷徑條目�  

    4.  MLS-SE 將與使能包源 MAC 地址相關(guān)�(lián)� XTAG 值和部分捷徑條目的對(duì)�(yīng)XTAG 值相比較,如果匹配,則表明這�(gè)使能包與第二步中的候選包來自同一�(gè)路由��

    5.  MLS-SE完成該捷徑條目的建立過程,該捷徑記錄將包含重寫數(shù)�(jù)流中的后�(xù)包幀頭所需的所有信��  

                                  第三步 

      第四步:直接交換(�(zhuǎn)�(fā))�(shù)�(jù)流中的后�(xù)�  
      �(dāng)后續(xù)的數(shù)�(jù)包被主機(jī)A送出�� MLS-SE 利用�(shù)�(jù)包中的目�(biāo) IP 地址查找在第三步建立的完整捷�。地址匹配�,MLS-SE 利用重寫引擎修改幀頭信�,然后直接轉(zhuǎn)�(fā)給主�(jī) B(�(shù)�(jù)包不�(fā)給路由器)。重寫操作修改幀頭域,其值同�(gè)被路由器修改的數(shù)�(jù)包的域值一�。詳見圖5所示。這里需要解釋的�,NFFC(NetFlow  Feature  Card)是裝備在三層交換�(jī)中的�(wǎng)�(luò)流性能�,它維護(hù)第三層交換數(shù)�(jù)包流的交換表(MLS  Cache),作為多層交換的交換引擎部分�  

                                  第四步

�(yīng)�

    隨著我國企業(yè)�(wǎng)、校園網(wǎng)以及小區(qū)寬帶建設(shè)的迅速發(fā)�,多層交換機(jī)再次找到了新的市場增長點(diǎn),它的應(yīng)用也從最初的骨干�、匯聚層一直滲透到邊緣的接入層。在目前火爆的寬帶網(wǎng)�(luò)建設(shè)�,多層交換機(jī)一般被放置在小區(qū)的中心和多�(gè)小區(qū)的匯聚層。多層交換機(jī)的出�(xiàn),極大改變了局域網(wǎng)的性能。正如路由器�(tǒng)治廣域網(wǎng)一�,多層交換機(jī)將在今后主宰局域網(wǎng)已成為必��  

  在校園網(wǎng)、城域教育網(wǎng)中,從骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)骨干、匯聚層都有多層交換�(jī)的用武之�,尤其是核心骨干�(wǎng)一定要用多層交換機(jī),否則整�(gè)�(wǎng)�(luò)成千上萬�(tái)的計(jì)算機(jī)都在一�(gè)子網(wǎng)中,不僅毫無安全可言,也�(huì)�?yàn)闊o法分割廣播域而無法隔離廣播風(fēng)�。如果采用傳�(tǒng)的路由器,雖然可以隔離廣�,但是性能又得不到保障。而多層交換機(jī)的性能非常�,既有多層路由的功能,又具有二層交換的網(wǎng)�(luò)速度。二層交換是基于MAC尋址,三層交換則是轉(zhuǎn)�(fā)基于第三層地址的業(yè)�(wù)�;除了必要的路由決定過程�,大部分?jǐn)?shù)�(jù)�(zhuǎn)�(fā)過程由二層交換處理,提高了數(shù)�(jù)包轉(zhuǎn)�(fā)的效�。多層交換機(jī)通過使用硬件交換�(jī)�(gòu)�(shí)�(xiàn)了IP的路由功能,其優(yōu)化的路由軟件使得路由過程效率提高,解決了傳統(tǒng)路由器軟件路由的速度問題。因此可以說,多層交換機(jī)具有“路由器的功能、交換機(jī)的性能��

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