IP交换技术论文

IP交换技术

1、交换技术概论

总所周知，是为计算机网络相互连接进行通信而设计的协议。在因特网中，它是能使连接到网上的所有计算机网络实现相互通信的一套规则，规定了计算机在因特网上进行通信时应当遵守的规则。任何厂家生产的计算机系统，只要遵守协议就可以与因特网互连互通。

技术与技术的融合----交换技术最初由psilon公司于1996年提出，相对于传统交换概念，也称为第三层交换技术、多层交换技术、高速路由技术等。我们知道，传统的交换技术是在网络标准模型中的第二层（数据链路层）进行操作的，而多层交换技术是在网络模型中的第三层实现了数据包的高速转发。简单地说，就是一种利用第三层协议中的信息来加强第二层交换功能的机制。多层交换技术的出现，解决了局域网中网段划分之后，网段中子网必须依赖路由器进行管理的局面，解决了传统路由器因低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。当然，多层交换技术并不是网络交换机与路由器的简单堆叠，而是二者的有机结合，形成一个集成的、完整的解决方案。

2、交换技术特点

交换的目标是，只要在源地址和目的地址之间有一条更为直接的第二层通路，就没有必要经过路由器转发数据包。交换使用第三层路由协议确定传送路径，此路径可以只用一次，也可以存储起来，供以后使用。之后数据包通过一条虚电路绕过路由器快速发送。传统的路由技术在每个交叉口都要计算一下，下一步往哪个方向走。IP交换技术则像直通车，只须一开始知道目的地是哪里就行了。

2.1、三层交换与融合

即虚拟局域网，是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不是物理地划分成一个个不同的网段，从而实现虚拟工作组的技术。它不受网络用户的物理位置限制，而是根据用户需求进行网络分段。于1999年颁布了用以标准化实现方案的802.1q协议标准草案。不同之间的数据传输是通过第三层（网络层）的路由来实现的，因此，使用技术，结合数据链路层和网络层的交换设备，可搭建安全可靠的网络。

划分的目的：一是提高网络安全性，不同的数据不能自由交流，需要接受第三层的检验，因此，在一定程度上加强了虚网间的隔离，有效防止外部用户入侵，提高了安全性。二是隔离广播信息，划分后，广播域缩小，有利于改善网络性能，能够将广播风暴控制在一个内部，同时使网络管理趋于简单。三是增强网络应用的灵活性，是在一个有多台交换机的局域网中统一设定的，这使得用户可以不受所连交换机的限制，不论用户节点移动到局域网中哪一台交换机上，只要仍属于原来的虚网，则应用环境没有任何改变。在划分时，要考虑对于网络流量的影响，单个不宜过大。

2.2、层次化架构三层网络

三层网络架构采用层次化模型设计，即将复杂的网络设计分成几个层次，每个层次着重于某些特定的功能，这样就能够使一个复杂的大问题变成许多简单的小问题。三层网络架构设计的网络有三个层次：核心层（网络的高速交换主干）、汇聚层（提供基于策略的连接）、接入层（将工作站接入网络）。

核心层是网络的高速交换主干，对整个网络的连通起到至关重要的作用。核心层应该具有如下几个特性：可靠性、高效性、冗余性、容错性、可管理性、适应性、低延时性等。在核心层中，应该采用高带宽的千兆以上交换机。因为核心层是网络的枢纽中心，重要性突出。核心层设备采用双机冗余热备份是非常必要的，也可以使用负载均衡功能，来改善网络性能。

汇聚层是网络接入层和核心层的“中介”，就是在工作站接入核心层前先做汇聚，以减轻核心层设备的负荷。汇聚层具有实施策略、安全、工作组接入、虚拟局域网（）之间的路由、源地址或目的地址过滤等多种功能。在汇聚层中，应该采用支持三层交换技术和的交换机，以达到网络隔离和分段的目的。

接入层向本地网段提供工作站接入。在接入层中，减少同一网段的工作站数量，能够向工作组提供高速带宽。接入层可以选择不支持和三层交换技术的普通交换机。

3、交换技术的发展

80年代初，被广泛应用于企业网和校园网，随着用户的剧增和信息量的骤长，网络管理员就开始面临网络阻塞的问题。怎样减少网络堵塞、优化网络结构且扩大网络吞吐量，网络分段是当时的第一选择。交换提供了新的带宽，扩展了网络的功能，随之也带来了一些新的问题。它与传统网桥一样易出现广播风暴及安全性问题。虽然交换网仅是等待出现广播风暴，利用可以避免，但是的实现需路由器，因此，快速路由器技术在交换领域内引起了广泛的兴趣。首先是psilon公司提交换（witching），将一个路由处理器捆绑在一个交换机上，去除交换机所有的论坛信令和路由协议，这样的一个结构我们可称之为交换机。

推动交换技术发展的动力主要来自两个方面。一是传输链路的带宽越来越高，路由器实现线速转发的难度越来越大；二是用户对网络的服务功能要求越来越高，随着新的互联网应用不断开发，互联网不再是简单的连通工具，类似视频、音频传输等新的应用服务功能，面对这些需求必须创造出一种全新的路由技术，这就是交换技术。

传统的路由查找过程是对报文的目的进行最长匹配。为了完成最长匹配，必须用报文的目的地址匹配路由表中所有的项目，这一过程相当费时。提高路由器转发速率的唯一途径是用精确匹配来取代最长匹配，用类似虚电路标识符（）这样的字段来精确地描述路由，这

就是多协议标签技术（）的由来。将交换技术引入网络层，产生了全新的网络结构——交换网。

4、交换技术的分类

根据与融合方式的不同，其实现的模型可分为两大类：重叠模型（overlay model）和集成模型（integrated model）。

4.1、重叠模型

在重叠模型中，IP（三层）运行在ATM（二层）之上，IP选路和A TM选路相互独立，系统需要两种选路协议：IP路由协议和ATM选路协议；系统中的A TM端占具有两个地址，ATM地址和IP地址，并且具有地址解析功能，支持地址解析协议，以实现MAC地址与ATM 地址或IP地址与A TM地址的映射。

重叠模型使用标准的ATM论坛/ITU-T的信令标准，与标准的A TM网络及业务兼容。利用这种模型构建网络不会对IP和ATM双方的技术和设备进行任何改动，只需要在网络的边缘进行协议和地址的转换即可。但是这种网络需要维护两个独立的网络拓扑结构、地址重复、路由功能重复，因而网络扩展性不强、不便于管理、IP分组的传输效率较低。

IETF推荐的IPOA、ATM Forum推荐的LANE和MPOA等都属于重叠模型。

4.2、集成模型

在集成模型中，A TM层被看作是IP层的对等层，集成模型将IP层的路由功能与ATM 层的交换功能结合起来，因此该模型也被称作对等模型。

集成模型只使用IP地址和IP选路协议，不是用A TM地址和选路协议，即具有一套地址和一种选路协议，因此也不需要地址解析功能。集成模型需要另外的控制协议将三层的选路映射到二层的直通交换上。集成模型通常也采用ATM交换结构，但它不使用A TM信令，