[行业技术文章]三层交换技术的未来发展及应用趋势

          三层交换是在1997年前后才起头泛起的一种交换技术，初是为领会决广播域问题。经过年成长，三层交换技术已成为构建多营融合网络的主要气力。当前，三层交换机的运用情况正面临哪些变化？发生了哪些新技术？其成长趋向怎样样？未来的市场需求怎样样？请看家解读— 
 
        发生及成长 
 
        三层交换（也称多层交换技术，或IP交换技术）是在1997年前后才起头泛起的一种交换技术，它是相对传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络参考模子中的第二层——数据链路层进行操作的，而三层交换技术是在网络模子中的第三层实现了数据包的高速转发。三层交换技术的泛起主要是为领会决规模较年夜的网络中的广播域问题，经由过程VSPcolumn=news&key=LAN target=_blank class=qqx_gjz>LAN把一个年夜的交换网络划分为多个较小的广播域，各个VLAN之间再采用三层交换技术互通。初的三层交换机往往是把二层转发和三层交换做在两个单元中，还没有用一个芯片完成完整的三层交换功能，这样的交换机往往也是机架势的，好比3Com的Corebuider9000、Corebuider3500，思科的5505、6509，朗讯的Cajun P550等，一般都有一个门处置三层数据的单元或模块。 
 
        在传统的交换机中，三层交换引擎往往是整个交换机的瓶颈，没法实现年夜容的线速的三层交换，而且模块和模块之间会采用总线式结构。千兆以太网尺度泛起以后，有些机架势交换机内部也采用了千兆端口实现模块和模块之间的互通。1998年Intel推出了550T、550S可堆叠的盒式三层交换机，背板容达2.1Gbps，可以实现8个百兆端口的线速交换，这是那时市场上早泛起的盒式交换机，性价比也比力高。但不管是那时的盒式三层或是机架势三层交换机，主要的功能仅仅是为了隔离广播域，路由协议的支持都比力简单，仅仅支持RIP、OSPF等小型网络的动态路由协议，VLAN之间的路由默许也是互通的，没有什么控制功能。 
 
        随着网络规模的变化，以太网技术从一个办公室网络走向一个办公楼的局域网甚至整个园区网，而在1998年之前，园区网技术往往会采用早的FDDI技术和ATM技术。这类运用变化对三层交换机提出了更高的性能要求，对数据转发的控制能力和广域网之间的路由互联能力的要求也更高，同时靠得住性、可用性要求也年夜年夜增强，2、三层交换功能也成长到由一个零丁的芯片完成，交换容也从初的5Gbps成长到现在的几百Gbps的水平，由此泛起了一些关头技术，如CrossBar技术、基于硬件线速的会见控制技术、端到端QoS技术、更丰硕的协议支持等。详情见配文。 
 
        运用情况的变化 
 
        即使在三层交换技术相当做熟的现在，三层交换机也历来没有遏制过它的成长，主要是由于三层交换机的运用情况正在面临庞大的变化。 
 
        随着时间的推移，以太网的传输速度从10Mbps慢慢扩大到100Mbps、1Gbps、10Gbps，以太网的价格也追随摩尔定律和规模经济而迅速下降。现在，以太网已成为局域网（LAN）中的主导网络技术，而且随着万兆以太网的泛起，以太网正在向城域网（MAN）年夜步迈进，是以也拉动了三层交换机的更深条理的变化。这类拉动体现在以下三个方面： 
 
        1. 企信息根蒂根基举措措施的建设，给以太网运用带来了庞大的空间。由于以太网技术初就是为局域联网而设计的，是以，其在支持企局域网络毗连上具有自然的势，其机关的简略单纯性、扩大的灵活性和速度的不竭提升，使之成为构建企网络的技术。今天，我国信息化建设的年夜力推动，给以太网的成长带来了庞大的市场机遇。 
 
        2. 城域网络建设成为以太网技术的新六合。当前，城域网络建设的架构基本可以分为MSTP＋IP和以太网模式。而以太网技术由于更适合于已有的企网络毗连，同时具有网络建设灵活快速等势，在城域网建设中阐扬了重要作用。基于以太网的城域网络，更适合数据的传输和宽带化的增加需求。同时，以太网络结构适合对年夜客户和营密集区域的笼盖，如企网络、校园网络等，是以具有更高的收益预期。 
 
        3. 宽带的融合营趋向，为以太网走向广域提供了空间。数据营和传统电信营的融合已经是年夜势所趋，新的运营商期待一种能够提供融合营，同时又具有较好经济性的网络。基于IP的宽带以太网交换技术，将使这一方针慢慢成为现实。面向光的10G以太网技术成为市场的热门，这使以太网技术走向广域，并终实现从局域到广域的统一宽带网络系统，实现对综合营的支持，形成以太网一统全国的局面。 
 
        技术成长趋向 
 
        三层交换机所面临的运用情况的急剧变化，使得三层交换机有了加倍深条理的技术变化。这类变化主要体现在以下三个方面： 
 
        1．从系统架构上灵活支持多种技术的融合 
 
        今天的焦点交换机的交换容已到达了几百Gbps的水平，可以知足十几个万兆端口和几百个千兆端口的线速转发，所以性能已不再是瓶颈，若何很好地在网络融合的趋向下承载营是各个网络装备供给商在产物设计早期就要深进思虑的问题。现在的网络是路由和交换技术的融合，广域和局域的融合，平安、IDS等技术和交换机技术的融合。主要体现在焦点交换机上直接可以扩大防火墙模块、IDS模块、2.5G/155M POS、ATM、2M等路由器的接口模块。这类融合给在网络中部署各类策略提供了更好的灵活性。好比零丁的防火墙只能部署在网络的边缘，在网络出口位置庇护内部网络的平安，但70%以上的平安问题往往来历于内部，它没法对内部网络进行有用控制。而防火墙作为一个模块插到交换机内部以后，可以灵活地部署在肆意两个VLAN之间，极年夜地提高了部署的灵活性。经由过程扩大路由器接口，可以加倍节省用户的投资，知足加倍灵活的组网需求。 
 
        实现这样的融合，在交换机的结构上需要具有以下几个条件： 
 
        ● 系统上采用全散布式CrossBar架构 
 
        也就是说除交换网板上有一个焦点的CrossBar架构之外，每个和交换网板毗连的模块上还采用一片CrossBar芯片，实现和焦点交换网板之间的尺度化毗连。采用这类结构的接口板模块就能够采用很是灵活的结构，不管模块上采用了什么样的芯片结构，只要和交换网板之间采用了一片CrossBar芯片，就能够实现相互之间完善互通。这类结构的益处有两个方面：一方面接口板上的CrossBar芯片直接毗连到两个冗余的交换网板上，冗余切换是直接经由过程接口板上的CrossBar芯片完成，不需要其他部门的介入，是以可以实现极快的恢复速度从而实现极高的靠得住性；另外一方面CossBar把接口板上的任何类型的数据尺度化了，从而使交换机中引进其他芯片技术成为可能。而采用这类结构的劣势是成底细对较高。 
 
        ● 软件系统和硬件系统都具有全散布式转发结构 
 
        在这类系统结构下，交换机在运行中每一个接口模块的软件相对自力，主控板软件主要起到表项经管、同步等功能，各个模块内部的2、3、四层转发不需要交换网板和主控板的介入，是以就使得模块上运行特定功能的软件成为可能。 
 
        ● 在交换机中引进NP（网络处置器）技术 
 
        NP芯片是介于CPU和ASIC之间的一种芯片，也是在CPU和ASIC之间取得的一种平衡技术，同时具有了CPU的灵活性和ASIC的高性能。NP技术是今朝在多营融合情况下路由器采用的一种主要的芯片技术，解决了在多营情况下的各类协议支持和转发性能问题。现在NP已在路由器、防火墙上普遍使用。在前面所提到的两个条件下，交换机引进NP技术成为可能，经由过程扩大含有NP芯片的模块，实现了对扩大广域网接口、防火墙功能模块等特定功能的支持。 
 
        现在对于融合的重视已明确地体现在各个主流供给商身上，Juniper斥巨资收购平安厂商NetScreen、思科收购IDS厂商Riverhead等事务都是这类融合趋向下的产物。 
 
        2．更强的多营承载能力 
 
        更强的多营承载能力是城域网的根蒂根基。在局域网和广域网融合的趋向下，城域网正在规模兴起，在电子政务网、教育科研网、宽带城域网领域，VPN等营正在从主干向会聚转移。随着以太网交换机芯片技术的成长和会聚层装备性能的提高，尤其是融合特征焦点交换机的泛起，原先主要由主干装备提供的MPLS VPN营逐渐由会聚层以太网交换机来提供。初采用主干装备提供该项营的主要缘由是由于会聚层装备的性能不足，而现在会聚层以太网交换机的性能已跨越了原来的主干装备；从营提供方面来看，会聚层装备较主干装备多，更接近用户，提供营更利便；从网络的靠得住性来看，主干装备由于其特殊位置，应向着功能一化和简单化和高性能的标的目的成长，而会聚层装备则要同时兼顾性能和多营支持能力。这类趋向要求焦点交换机支持完善的路由、交换特征，终的装备形态就是一个集路由器、交换机一体化的装备，这样才能真正知足这个市场的需求。 
 
        3．更强更丰硕的网络监控和经管能力 
 
        更强更丰硕的网络监控和经管能力是有用转发的根蒂根基。基于SNMP的网络经管已成为界的共识，经由过程RMON功能可以实现对装备的运行状态、转发性能进行远程分析和监控。但经管这些装备在现有的网络情况下是远远不够的，还需要对交换机上运行的营进行细致的经管，好比MPLS VPN营的网络经管。还需要对交换机上所接进的用户进行经管，好比针对具体的端口或IP地址的流进行统计和经管。进行周全的流分析的另外一个要求是将流镜像到探针或协议分析器中的能力，经由过程智能镜像功能可以将所有流从某个端口或VLAN发送到用户指定的端口中以进行深进分析，然后经过经管中心判断以后，再肯定对营中的某个端口进行响应的操作，实现交换机和IDS、流分析仪等其他装备之间的联动。经由过程对数据流提供强有力的经管手段和壮大的分析监控能力，保证交换机上所有营的有用转发。 
 
        市场情况分析
        以下是计世资讯对2003年交换机市场的统计。 
 
        说明：高端交换机的背板带宽为30Gbps以上的机架势交换机，这类交换机一般都是三层或三层以上的交换机；中端交换机的背板带宽介于8Gbps与30Gbps之间的盒式交换机，这类交换机有部门是三层交换机；低端交换机的背板带宽一般小于8Gbps接进层二层盒式交换机。高端交换机一般用于电信市场及部门信息化水平较高的非电信市场，中低端交换机则普遍运用于电信及非电信市场。 
 
        从以上的数据中可以看出，三层交换机在整体交换机市场中的销售占年夜半份额，整体销售金额方面略有上升；从端口数目上来说，三层及三层以上交换机的整体份额呈快速下降趋向，主要是源于近年来SOHO市场的兴起，但整体市场规模依然在上升。 
 
        在价格方面，三层交换机产物的价格一般至少都在1万元以上。从图3中可以看出，三层交换机产物的价格在不竭下降。 
 
        一方面，随着交换机价格的下降，产物的性价比不竭提高；另外一方面，以上数据也反映出了用户对交换机价格变化的预期。 
 
        后记 
 
        从初的仅仅为领会决广播域问题而设计的装备，到成为构建多营融合网络的主要气力，三层交换技术及三层交换装备取得了长足的成长。这些技术的成长势必在更深条理上推动整个社会的信息化变化，在整个网络中获得越来越重要的地位。