全面分析三層交換技術(shù)產(chǎn)生到發(fā)展歷程
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隨著(zhù)以太網(wǎng)交換機芯片技術(shù)的發(fā)展和匯聚層設備性能的提高，尤其是融合特性核心交換機的出現，原先主要由骨干設備提供的MPLSVPN業(yè)務(wù)逐漸由匯聚層以太網(wǎng)交換機來(lái)提供。最初采用骨干設備提供該項業(yè)務(wù)的主要原因是因為匯聚層設備的性能不足，而現在匯聚層以太網(wǎng)交換機的性能已經(jīng)超過(guò)了原來(lái)的骨干設備;從業(yè)務(wù)提供方面來(lái)看，匯聚層設備較骨干設備多，更接近用戶(hù)，提供業(yè)務(wù)更方便;從網(wǎng)絡(luò )的可靠性來(lái)看，骨干設備由于其特殊位置，應向著(zhù)功能專(zhuān)一化和簡(jiǎn)單化以及高性能的方向發(fā)展，而匯聚層設備則要同時(shí)兼顧性能和多業(yè)務(wù)支持能力。這種趨勢要求核心交換機支持完善的路由、交換特性，最終的設備形態(tài)就是一個(gè)集路由器、交換機一體化的設備，這樣才能真正滿(mǎn)足這個(gè)市場(chǎng)的需求。
更強更豐富的網(wǎng)絡(luò )監控和管理能力
更強更豐富的網(wǎng)絡(luò )監控和管理能力是有效轉發(fā)的基礎?；赟NMP的網(wǎng)絡(luò )管理已經(jīng)成為業(yè)界的共識，通過(guò)RMON功能可以實(shí)現對設備的運行狀態(tài)、轉發(fā)性能進(jìn)行遠程分析和監控。但管理這些設備在現有的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下是遠遠不夠的，還需要對交換機上運行的業(yè)務(wù)進(jìn)行細致的管理，比如MPLSVPN業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò )管理。還需要對交換機上所接入的用戶(hù)進(jìn)行管理，比如針對具體的端口或者IP地址的流量進(jìn)行統計和管理。進(jìn)行全面的流量分析的另一個(gè)要求是將流量鏡像到探針或協(xié)議分析器中的能力，通過(guò)智能鏡像功能可以將所有流量從某個(gè)端口或VLAN發(fā)送到用戶(hù)指定的端口中以進(jìn)行深入分析，然后經(jīng)過(guò)管理中心判斷之后，再確定對業(yè)務(wù)中的某個(gè)端口進(jìn)行相應的操作，實(shí)現交換機和IDS、流量分析儀等其他設備之間的聯(lián)動(dòng)。通過(guò)對數據流提供強有力的管理手段和強大的分析監控能力，保證交換機上所有業(yè)務(wù)的有效轉發(fā)。
市場(chǎng)情況分析
以下是計世資訊對2003年交換機市場(chǎng)的統計。說(shuō)明：高端交換機的背板帶寬為30Gbps以上的機架式交換機，這類(lèi)交換機一般都是三層或三層以上的交換機;中端交換機的背板帶寬介于8Gbps與 30Gbps之間的盒式交換機，這類(lèi)交換機有部分是三層交換機;低端交換機的背板帶寬一般小于8Gbps接入層二層盒式交換機。高端交換機一般用于電信市場(chǎng)及部分信息化程度較高的非電信市場(chǎng)，中低端交換機則廣泛應用于電信及非電信市場(chǎng)。
從以上的數據中可以看出，三層交換機在整體交換機市場(chǎng)中的銷(xiāo)售占大半份額，整體銷(xiāo)售金額方面略有上升;從端口數量上來(lái)說(shuō)，三層及三層以上交換機的整體份額呈快速下降趨勢，主要是源于近年來(lái)SOHO市場(chǎng)的興起，但整體市場(chǎng)規模依然在上升。在價(jià)格方面，三層交換機產(chǎn)品的價(jià)格一般至少都在1萬(wàn)元以上。三層交換機產(chǎn)品的價(jià)格在不斷下降。一方面，隨著(zhù)交換機價(jià)格的下降，產(chǎn)品的性?xún)r(jià)比不斷提高;另一方面，以上數據也反映出了用戶(hù)對交換機價(jià)格變化的預期。
三層交換技術(shù)
1.核心交換機的CrossBar技術(shù)
隨著(zhù)核心交換機的交換容量從幾十個(gè)Gbps發(fā)展到今天的幾百Gbps，核心交換機也從共享總線(xiàn)、共享內存的方式發(fā)展到今天的CrossBar結構。CrossBar(即CrossPoint)被稱(chēng)為交叉開(kāi)關(guān)矩陣或縱橫式交換矩陣。它能很好地彌補共享內存模式的一些不足。其優(yōu)勢表現在以下幾個(gè)方面：
首先，CrossBar的實(shí)現相對簡(jiǎn)單。共享交換架構中的線(xiàn)路卡到交換結構的物理連接簡(jiǎn)化為點(diǎn)到點(diǎn)連接，實(shí)現起來(lái)更加方便，從而更加容易保證大容量交換機的穩定性。
其次，CrossBar內部無(wú)阻塞。一個(gè)CrossBar的示意圖如圖所示，只要同時(shí)閉合多個(gè)交叉節點(diǎn)(CrossPoint)，多個(gè)不同的端口就可以同時(shí)傳輸數據。從這個(gè)意義上，我們認為所有的CrossBar在內部是無(wú)阻塞的，因為它可以支持所有端口同時(shí)線(xiàn)速交換數據。
在支持CrossBar技術(shù)的三層交換機中，一般采用了兩類(lèi)三層交換芯片：一類(lèi)是可以出千兆、百兆端口的交換芯片;一類(lèi)是僅僅出內部高速接口(往往是10G以上的速率)的CrossBar芯片，用于各個(gè)模塊之間的互聯(lián)。目前思科、Extreme、網(wǎng)捷網(wǎng)絡(luò )、港灣網(wǎng)絡(luò )等廠(chǎng)商都推出了基于CrossBar的核心交換機產(chǎn)品，但市場(chǎng)上也有很多內部仍然采用千兆端口互聯(lián)的產(chǎn)品，主要是面向對性能要求一般、價(jià)格比較敏感的用戶(hù)群體。
2.基于硬件線(xiàn)速的訪(fǎng)問(wèn)控制
隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )中用戶(hù)數量的增多，用戶(hù)需要對MAC地址、IP地址、TCP/UDP端口號等信息進(jìn)行控制，從而實(shí)現了嚴格限制局域網(wǎng)資源的訪(fǎng)問(wèn)，同時(shí)也用這個(gè)功能限制局域網(wǎng)用戶(hù)對網(wǎng)絡(luò )設備自身的訪(fǎng)問(wèn)。特別是最近一兩年侵占和威脅網(wǎng)絡(luò )資源的網(wǎng)絡(luò )病毒的出現，極大地影響了三層交換機的穩定性，通過(guò)上述控制功能，在有效控制了用戶(hù)業(yè)務(wù)的同時(shí)，也有效地保護了自身的安全和可靠性。此時(shí)三層交換機也就發(fā)展為“智能多層交換機”，主要就是具備了以上的控制功能。這種交換機的交換芯片支持一次處理64字節以上的內容，所以可以直接一次處理以太網(wǎng)幀MAC地址頭、IP包頭、TCP/UDP包頭，從而實(shí)現了2～4層的基于硬件線(xiàn)速訪(fǎng)問(wèn)控制。還有一些智能控制功能如802.1X認證協(xié)議的支持，通過(guò)對RADIUS等AAA協(xié)議的擴展，達到對用戶(hù)更加嚴格的控制。
3.端到端QoS技術(shù)
ASIC技術(shù)的高速發(fā)展使低端設備具備強大的QoS能力成為可能，網(wǎng)絡(luò )的QoS開(kāi)始從集中保證逐漸向端到端保證過(guò)渡?，F在，網(wǎng)絡(luò )邊緣設備已經(jīng)可以根據端口、MAC地址、VLAN信息、IP地址甚至更高層的信息來(lái)識別應用類(lèi)型，為數據包打上優(yōu)先級標記(如修改IEEE802.1p或IPDiffServ域)，核心設備不用對應用進(jìn)行識別，只需根據IPDiffServ和IEEE802.1P進(jìn)行交換，并提供服務(wù)質(zhì)量即可。這種智能的QoS功能也是基于芯片的64字節以上的處理深度發(fā)展起來(lái)的。
4.更豐富的協(xié)議支持
現在的智能多層交換機除了支持普通的二層協(xié)議之外，還支持BGP、IS-IS等豐富的路由協(xié)議，以及PIM組播路由協(xié)議、VRRP冗余備份協(xié)議等多種2～4 層的協(xié)議。Extreme、港灣等廠(chǎng)商甚至推出了在以太網(wǎng)上支持50ms切換電信級環(huán)網(wǎng)技術(shù)的相關(guān)協(xié)議，使得三層交換機可以應用在更加復雜、要求更高的環(huán)境中。
后記
從最初的僅僅為了解決廣播域問(wèn)題而設計的設備，到成為構建多業(yè)務(wù)融合網(wǎng)絡(luò )的主要力量，三層交換技術(shù)及三層交換設備取得了長(cháng)足的發(fā)展。這些技術(shù)的發(fā)展必將在更深層次上推動(dòng)整個(gè)社會(huì )的信息化變革，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中獲得越來(lái)越重要的地位。
除了上述一些技術(shù)變化之外，三層交換機還支持三層端口匯聚技術(shù)、NTP(網(wǎng)絡(luò )時(shí)鐘協(xié)議)等功能，在這里就不一一詳述。隨著(zhù)三層交換及相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，三層交換機產(chǎn)品也有了很大的細分，根據功能不同可以分為盒式百兆三層交換機、全千兆盒式三層交換機、機架式模塊化三層交換機，以滿(mǎn)足不同網(wǎng)絡(luò )未來(lái)的需求。
編輯：小宇
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