交换机技术资料大全

1、交换机技术资料大全（二）交换机如何工作交换技术是一个具有简化、低价、高性能和高端口密集特点的交换产品，体现了桥接技术的复杂交换技术在OSI参考模型的第二层操作。与桥接器不同的是交换机转发延迟很小，操作接近单局域网性能，远远超过了普通桥接互联网之间的转发性能。交换技术允许共享型呵专用性大的局域网段进行带宽调整，以减轻局域网之间信息流通出现的瓶颈问题。现在已经有以太网、快速以太网、FDDI和ATM技术个交换产品。三种交换技术端口交换端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器的背板通常划分有多条以太网段，不用网桥或路由器连接，网络之间是互不相通的。以太主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上

2、，端口交换用于将以太模块的端口在背板凳多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度，端口进行还可以细分为：*模块交换：将整个模块进行网段迁移*端口组交换：通常模块上的端口被划分为若干组，每组端口允许进行网段迁移。*端口级交换：支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于OSI第一层上完成的，具有灵活性和负载平衡的能力等优点.如果配置得当,那么还可以在一定程度进行容错,但没有改变共享传输介质的特点,因而不能称之为真正的交换.帧交换帧交换是目前应用最广泛的局域网交换技术,它通过对传统传输媒介进行微分段,提供并行传送的机制,以减小冲突域,获得高的带宽.一般来说每个公司的产品德实现技术均回游差

3、异,但对网络帧的处理方式有一下几种:*真通交换:提供线速处理能力,交换机只读出网络帧的前14个字节,便将网络帧转送到相应得断口上.*贮存转发:通过对网络帧的读取进行验错和控制.前一种方法的交换速度非常快,但缺乏对网络帧进行更高级的控制,缺乏智能性和安全性,同时也无法支持具有不同速率的端口的交换.因此,各厂商把后一种技术作为重点.信元交换ATM技术代表了网络和通信中众多难题的一剂良药.ATM采用固定长度53个字节的信元交换由于长度固定,因而便于用硬件实现.ATM采用专用的非差别连接，并行运行，可以通过一个交换机同时建立多个节点，但不会影响每个节点之间的通信能力.ATM还容许在源节点和目标节点之间

4、的通信能力.ATM采用了统计时分电路进行复用，因而能大大提高通道德利用率.ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数GB的转送能力。局域网交换机的种类及选择局域网交换机根据使用的网络技术可以分为：*以太网交换机*令牌环交换机*FDDI交换机*ATM交换机*快速以太网交换机交换机如果按交换机应用领域来划分，可分为：*台式交换机*工作组交换机*主干交换机*企业级交换机*分段交换机*端口交换机*网络交换机局域网计算机是组成网络系统的核心设备。对用户而言，局域网交换机最主要的指标是端口的配置、数据、数据交换能力、包交换速度等因素。因此，在选择交换机时要注意一下事项交换端口的数量交换端口的型号

5、系统的扩充能力主干线的连接手段交换机总交换能力是否需要路由选择能力是否需要热切换能力是否需要容错能力能否与现有设备兼容,顺利衔接网络管理能力三层交换技术解析2简单地说，三层交换技术就是：二层交换技术三层转发技术。它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，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。什么是三层交换三层交换（也称多层交换技术，或IP交换技术）是相对于传统交换概念而提出的。众所周知，传统的交换技术是在OSI网络标准模型中的第二层一-据链路层进行操作的，而三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，三层交换技术就是：二层交换技术三

6、层转发技术。三层交换技术的出现，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，解决了传统路由器低速、复杂所造成的网络瓶颈问题。三层交换原理一个具有三层交换功能的设备，是一个带有第三层路由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在局域网交换机上。其原理是：假设两个使用IP协议的站点A、B通过第三层交换机进行通信，发送站点A在开始发送时，把自己的IP地址与B站的IP地址比较，判断B站是否与自己在同一子网内。若目的站B与发送站A在同一子网内，则进行二层的转发。若两个站点不在同一子网内，如发送站A要与目的站B通信，发送站A要向缺省网关发出

7、ARP（地址解析）封包，而缺省网关的IP地址其实是三层交换机的三层交换模块。当发送站A对缺省网关的IP地址广播出一个ARP请求时，如果三层交换模块在以前的通信过程中已经知道B站的MAC地址，则向发送站A回复B的MAC地址。否则三层交换模块根据路由信息向B站广播一个ARP请求，B站得到此ARP请求后向三层交换模块回复其MAC地址，三层交换模块保存此地址并回复给发送站A,同时将B站的MAC地址发送到二层交换引擎的MAC地址表中。从这以后，当A向B发送的数据包便全部交给二层交换处理，信息得以高速交换。由于仅仅在路由过程中才需要三层处理，绝大部分数据都通过二层交换转发，因此三层交换机的速度很快，接近二

8、层交换机的速度，同时比相同路由器的价格低很多。三层交换机种类三层交换机可以根据其处理数据的不同而分为纯硬件和纯软件两大类。（1）纯硬件的三层技术相对来说技术复杂，成本高，但是速度快，性能好，带负载能力强。其原理是，采用ASIC芯片，采用硬件的方式进行路由表的查找和刷新。当数据由端口接口芯片接收进来以后，首先在二层交换芯片中查找相应的目的MAC地址，如果查到，就进行二层转发，否则将数据送至三层引擎。在三层引擎中,ASIC芯片查找相应的路由表信息，与数据的目的IP地址相比对，然后发送ARP数据包到目的主机，得到该主机的MAC地址，将MAC地址发到二层芯片，由二层芯片转发该数据包。（2）基于软件的三

9、层交换机技术较简单，但速度较慢，不适合作为主干。其原理是，采用CPU用软件的方式查找路由表。当数据由端口接口芯片接收进来以后，首先在二层交换芯片中查找相应的目的MAC地址，如果查到，就进行二层转发否则将数据送至CPU。CPU查找相应的路由表信息，与数据的目的IP地址相比对，然后发送ARP数据包到目的主机得到该主机的MAC地址，将MAC地址发到二层芯片，由二层芯片转发该数据包。因为低价CPU处理速度较慢，因此这种三层交换机处理速度较慢。市场产品选型近年来宽带IP网络建设成为热点，下面以适合定位于接入层或中小规模汇聚层的第三层交换机产品为例，介绍一些三层交换机的具体技术。在市场上的主流接入第三层交

10、换机，主要有Cisco的Catalyst2948GL3、Extreme的Summit24和AlliedTelesyn的Rapier24等，这几款三层交换机产品各具特色，涵盖了三层交换机大部分应用特性。当然在选择第三层交换机时，用户可根据自己的需要，判断并选择上述产品或其他厂家的产品，如北电网络的Passport/Acceler系列、原Cabletron的SSR系列（在Cabletron一分四后，大部分SSR三层交换机已并入Riverstone公司）、Avaya的CajunM系列、3Com的Superstack34OO5系列等。此外，国产网络厂商神州数码网络、TCL网络、上海广电应确信、紫光网联

11、、首信等都已推出了三层交换机产品。下面就其中三款产品进行介绍，使您能够较全面地了解三层交换机，并针对自己的情况选择合适的机型。CiscoCatalyst2948GL3交换机结合业界标准IOS提供完整解决方案，在版本12.0（10）以上全面支持IOS访问控制列表ACL，配合核心Catalyst6ooo,可完成端到端全面宽带城域网的建设（Catalyst6ooo使用MSFC模块完成其多层交换服务，并已停止使用RSM路由交换模块，IOS版本6.1以上全面支持ACL）。Extreme公司三层交换产品解决方案，能够提供独特的以太网带宽分配能力，切割单位为500kbps或200kbps，服务供应商可以根据

12、带宽使用量收费，可实现音频和视频的固定延迟传输。AlliedTelesyn公司Rapier24三层交换机提供的PPPoE特性，丰富和完善了用户认证计费手段，可适合多种接入网络，应用灵活，易于实现业务选择，同时又保护目前用户的已有投资，另可配合NAT（网络地址转换）和DHCP的Server等功能，为许多服务供应商看好。总之，三层交换机从概念的提出到今天的普及应用，虽然只历经了几年的时间，但其扩展的功能也不断结合实际应用得到丰富。随着ASIC硬件芯片技术的发展和实际应用的推广，三层交换的技术与产品也会得到进一步发展。交换机和路由器的区别一、前言计算机网络往往由许多种不同类型的网络互连连接而成。如果

13、几个计算机网络只是在物理上连接在一起，它们之间并不能进行通信，那么这种互连并没有什么实际意义。因此通常在谈到互连时，就已经暗示这些相互连接的计算机是可以进行通信的，也就是说从功能上和逻辑上看，这些计算机网络已经组成了一个大型的计算机网络，或称为互联网络，也可简称为互联网、互连网。将网络互相连接起来要使用一些中间设备（或中间系统），ISO的术语称之为中继（relay）系统。根据中继系统所在的层次，可以有以下五种中继系统：物理层（即常说的第一层、层L1）中继系统，即转发器（repeater）。2数据链路层（即第二层，层L2），即网桥或桥接器（bridge）。3网络层（第三层，层L3）中继系统，即路

14、由器（router）。牛网桥和路由器的混合物桥路器（brouter）兼有网桥和路由器的功能。5.在网络层以上的中继系统，即网关（gateway）.当中继系统是转发器时，一般不称之为网络互联，因为这仅仅是把一个网络扩大了，而这仍然是一个网络。高层网关由于比较复杂，目前使用得较少。因此一般讨论网络互连时都是指用交换机和路由器进行互联的网络。本文主要阐述交换机和路由器及其区别。二、交换机和路由器交换是今天网络里出现频率最高的一个词，从桥接到路由到ATM直至电话系统，无论何种场合都可将其套用，搞不清到底什么才是真正的交换。其实交换一词最早出现于电话系统，特指实现两个不同电话机之间话音信号的交换，完成该

15、工作的设备就是电话交换机。所以从本意上来讲，交换只是一种技术概念，即完成信号由设备入口到出口的转发。因此，只要是和符合该定义的所有设备都可被称为交换设备。由此可见，交换是一个涵义广泛的词语，当它被用来描述数据网络第二层的设备时，实际指的是一个桥接设备；而当它被用来描述数据网络第三层的设备时，又指的是一个路由设备。我们经常说到的以太网交换机实际是一个基于网桥技术的多端口第二层网络设备，它为数据帧从一个端口到另一个任意端口的转发提供了低时延、低开销的通路。由此可见，交换机内部核心处应该有一个交换矩阵，为任意两端口间的通信提供通路，或是一个快速交换总线，以使由任意端口接收的数据帧从其他端口送出。在实

16、际设备中，交换矩阵的功能往往由专门的芯片（ASIC）完成。另外，以太网交换机在设计思想上有一个重要的假设，即交换核心的速度非常之快，以致通常的大流量数据不会使其产生拥塞，换句话说，交换的能力相对于所传信息量而无穷大（与此相反，ATM交换机在设计上的思路是，认为交换的能力相对所传信息量而言有限）。虽然以太网第二层交换机是基于多端口网桥发展而来，但毕竟交换有其更丰富的特性，使之不但是获得更多带宽的最好途径，而且还使网络更易管理。而路由器是OSI协议模型的网络层中的分组交换设备（或网络层中继设备），路由器的基本功能是把数据（IP报文）传送到正确的网络，包括：1.IP数据报的转发，包括数据报的寻径和传

17、送；子网隔离，抑制广播风暴；3维护路由表，并与其他路由器交换路由信息，这是IP报文转发的基础。4.IP数据报的差错处理及简单的拥塞控制；5实现对IP数据报的过滤和记帐。对于不同地规模的网络，路由器的作用的侧重点有所不同。在主干网上，路由器的主要作用是路由选择。主干网上的路由器，必须知道到达所有下层网络的路径。这需要维护庞大的路由表，并对连接状态的变化作出尽可能迅速的反应。路由器的故障将会导致严重的信息传输问题。在地区网中，路由器的主要作用是网络连接和路由选择，即连接下层各个基层网络单位园区网，同时负责下层网络之间的数据转发。在园区网内部，路由器的主要作用是分隔子网。早期的互连网基层单位是局域网

18、（LAN），其中所有主机处于同一逻辑网络中。随着网络规模的不断扩大，局域网演变成以高速主干和路由器连接的多个子网所组成的园区网。在其中，处个子网在逻辑上独立，而路由器就是唯一能够分隔它们的设备，它负责子网间的报文转发和广播隔离，在边界上的路由器则负责与上层网络的连接。三、第二层交换机和路由器的区别传统交换机从网桥发展而来，属于OSI第二层即数据链路层设备。它根据MAC地址寻址，通过站表选择路由，站表的建立和维护由交换机自动进行。路由器属于OSI第三层即网络层设备，它根据IP地址进行寻址，通过路由表路由协议产生。交换机最大的好处是快速，由于交换机只须识别帧中MAC地址，直接根据MAC地址产生选择

19、转发端口算法简单，便于ASIC实现，因此转发速度极高。但交换机的工作机制也带来一些问题。1.回路：根据交换机地址学习和站表建立算法，交换机之间不允许存在回路。一旦存在回路，必须启动生成树算法，阻塞掉产生回路的端口。而路由器的路由协议没有这个问题，路由器之间可以有多条通路来平衡负载，提高可靠性。2.负载集中：交换机之间只能有一条通路，使得信息集中在一条通信链路上，不能进行动态分配，以平衡负载。而路由器的路由协议算法可以避免这一点，OSPF路由协议算法不但能产生多条路由，而且能为不同的网络应用选择各自不同的最佳路由。广播控制：交换机只能缩小冲突域，而不能缩小广播域。整个交换式网络就是一个大的广播域

20、，广播报文散到整个交换式网络。而路由器可以隔离广播域，广播报文不能诵过路由器继续进行广播。牛子网划分：交换机只能识别MAC地址MAC地址是物理地址，而且采用平坦的地址结构，因此不能根据MAC地址来划分子网。而路由器识别IP地址，IP地址由网络管理员分配，是逻辑地址且IP地址具有层次结构，被划分成网络号和主机号，可以非常方便地用于划分子网，路由器的主要功能就是用于连接不同的网络。5.保密问题：虽说交换机也可以根据帧的源MAC地址、目的MAC地址和其他帧中内容对帧实施过滤，但路由器根据报文的源IP地址、目的IP地址、TCP端口地址等内容对报文实施过滤，更加直观方便。6.介质相关：交换机作为桥接设备

21、也能完成不同链路层和物理层之间的转换，但这种转换过程比较复杂，不适合ASIC实现，势必降低交换机的转发速度。因此目前交换机主要完成相同或相似物理介质和链路协议的网络互连，而不会用来在物理介质和链路层协议相差甚元的网络之间进行互连。而路由器则不同，它主要用于不同网络之间互连，因此能连接不同物理介质、链路戻协议和网络戻协议的网络。路由器在功能上虽然占据了优势，但价格昂贵，报文转发速度低。近几年，交换机为提高性能做了许多改进，其中最突出的改进是虚拟网络和三层交换。划分子网可以缩小广播域，减少广播风暴对网络的影响。路由器每一接口连接一个子网，广播报文不能经过路由器广播出去，连接在路由器不同接口的子网属

22、于不同子网，子网范围由路由器物理划分。对交换机而言，每一个端口对应一个网段，由于子网由若干网段构成，通过对交换机端口的组合，可以逻辑划分子网。广播报文只能在子网内广播，不能扩散到别的子网内，通过合理划分逻辑子网，达到控制广播的目的。由于逻辑子网由交换机端口任意组合，没有物理上的相关性，因此称为虚拟子网，或叫虚拟网。虚拟网技术不用路由器就解决了广播报文的隔离问题，且虚拟网内网段与其物理位置无关，即相邻网段可以属于不同虚拟网，而相隔甚远的两个网段可能属于不同虚拟网，而相隔甚远的两个网段可能属于同一个虚拟网。不同虚拟网内的终端之间不能相互通信，增强了对网络内数据的访问控制。交换机和路由器是性能和功能

23、的矛盾体，交换机交换速度快，但控制功能弱，路由器控制性能强，但报文转发速度慢。解决这个矛盾的最新技术是三层交换，既有交换机线速转发报文能力，又有路由器良好的控制功能。四、第三层交换机和路由器的区别在第三层交换技术出现之前，几乎没有必要将路由功能器件和路由器区别开来，他们完全是相同的：提供路由功能正在路由器的工作，然而，现在第三层交换机完全能够执行传统路由器的大多数功能。作为网络互连的设备，第三层交换机具有以下特征：1.转发基于第三层地址的业务流；完全交换功能；可以完成特殊服务，如报文过滤或认证；执行或不执行路由处理。第三层交换机与传统路由器相比有如下优点：子网间传输带宽可任意分配：传统路由器每

24、个接口连接一个子网，子网通过路由器进行传输的速率被接口的带宽所限制。而三层交换机则不同，它可以把多个端口定义成一个虚拟网，把多个端口组成的虚拟网作为虚拟网接口，该虚拟网内信息可通过组成虚拟网的端口送给三层交换机，由于端口数可任意指定，子网间传输带宽没有限制。2.合理配置信息资源：由于访问子网内资源速率和访问全局网中资源速率没有区别，子网设置单独服务器的意义不大，通过在全局网中设置服务器群不仅节省费用，更可以合理配置信息资源。降低成本：通常的网络设计用交换机构成子网，用路由器进行子网间互连。目前采用三层交换机进行网络设计，既可以进行任意虚拟子网划分，又可以通过交换机三层路由功能完成子网间通信，为

25、此节省了价格昂贵的路由器。交换机之间连接灵活：作为交换机，它们之间不允许存在回路，作为路由器，又可有多条通路来提高可靠性、平衡负载。三层交换机用生成树算法阻塞造成回路的端口，但进行路由选择时，依然把阻塞掉的通路作为可选路径参与路由选择。五、结论综上所述，交换机一般用于LAN-WAN的连接，交换机归于网桥，是数据链路层的设备，有些交换机也可实现第三层的交换。路由器用于WAN-WAN之间的连接，可以解决异性网络之间转发分组，作用于网络层。他们只是从一条线路上接受输入分组，然后向另一条线路转发。这两条线路可能分属于不同的网络，并采用不同协议。相比较而言，路由器的功能较交换机要强大，但速度相对也慢，价

26、格昂贵，第三层交换机既有交换机线速转发报文能力，又有路由器良好的控制功能，因此得以广播应用。局域网交换技术局域网交换技术1.1共享技术所谓共享技术即在一个逻辑网络上的每一个工作站都处于一个相同的网段上。以太网采用CSMA/CD机制，这种冲突检测方法保证了只能有一个站点在总线上传输。如果有两个站点试图同时访问总线并传输数据，这就意味着冲突发生了，两站点都将被告知出错。然后它们都被拒发，并等待一段时间以备重发。这种机制就如同许多汽车抢过一座窄桥，当两辆车同时试图上桥时，就发生了冲突，两辆车都必须退出，然后再重新开始抢行。当汽车较多时，这种无序的争抢会极大地降低效率，造成交通拥堵。网络也是一样，当网

27、络上的用户量较少时，网络上的交通流量较轻，冲突也就较少发生，在这种情况下冲突检测法效果较好。当网络上的交通流量增大时，冲突也增多，同进网络的吞吐量也将显著下降。在交通流量很大时，工作站可能会被一而再再而三地拒发。交换机的重要技术参数下面我将对交换机的重要技术参数作一一介绍，方便网友在选购交换机时比较不同厂商的不同产品。每一个参数都影响到交换机的性能、功能和不同集成特性。1、转发技术：交换机采用直通转发技术或存储转发技术？2、延时：交换机数据交换延时多少？3、管理功能：交换机提供给拥护多少可管理功能？4、单/多MAC地址类型：每个端口是单MAC地址，还是多MAC地址？5、外接监视支持：交换机是否

28、允许外接监视工具管理端口、电路或交换机所有流量？6、扩展树：交换机是否提供扩展树算法或其他算法，检测并限制拓扑环?7、全双工：交换机是否允许端口同时收/发，全双工通讯？8、高速端口集成：交换机是否提供高速端口连接关键业务服务器或上行主干？下面逐项讨论各项参数：转发技术：(ForwardingTechnologies)转发技术是指交换机所采用的用于决定如何转发数据包的转发机制。各种转发技术各有优缺点。直通转发技术：(Cut-through)交换机一旦解读到数据包目的地址，就开始向目的端口发送数据包。通常，交换机在接收到数据包的前6个字节时，就已经知道目的地址，从而可以决定向哪个端口转发这个数据包

29、。直通转发技术的优点是转发速率快、减少延时和提高整体吞吐率。其缺点是交换机在没有完全接收并检查数据包的正确性之前就已经开始了数据转发。这样，在通讯质量不高的环境下，交换机会转发所有的完整数据包和错误数据包，这实际上是给整个交换网络带来了许多垃圾通讯包，交换机会被误解为发生了广播风暴。总之，直通转发技术适用与网络链路质量较好、错误数据包较少的网络环境。存储转发技术：(Store-and-Forward)存储转发技术要求交换机在接收到全部数据包后再决定如何转发。这样一来，交换机可以在转发之前检查数据包完整性和正确性。其优点是：没有残缺数据包转发，减少了潜在的不必要数据转发。其缺点是：转发速率比直接

30、转发技术慢。所以，存储转发技术比较适应与普通链路质量的网络环境。碰撞逃避转发技术：(Collision-avoidanee)某些厂商(3Com)的交换机还提供这种厂商特定的转发技术。碰撞逃避转发技术通过减少网络错误繁殖，在高转发速率和高正确率之间选择了一条折衷的解决办法。延时：(Latency)交换机延时是指从交换机接收到数据包到开始向目的端口复制数据包之间的时间间隔。有许多因素会影响延时大小，比如转发技术等等。采用直通转发技术的交换机有固定的延时。因为直通式交换机不管数据包的整体大小，而只根据目的地址来决定转发方向。所以，它的延时是固定的，取决于交换机解读数据包前6个字节中目的地址的解读速率

31、。采用存储转发技术的交换机由于必须要接收完了完整的数据包才开始转发数据包，所以它的延时与数据包大小有关。数据包大，则延时大；数据包小，则延时小。管理功能：(Management)交换机的管理功能是指交换机如何控制用户访问交换机，以及用户对交换机的可视程度如何。通常，交换机厂商都提供管理软件或满足第三方管理软件远程管理交换机。一般的交换机满足SNMPMIBI/MIBI统计管理功能。而复杂一些的交换机会增加通过内置RMON组(mini-RMON)来支持RMON主动监视功能。有的交换机还允许外接RMON探监视可选端口的网络状况。单/多MAC地址类型：(Single-versusMulti-MAC)单

32、MAC交换机的每个端口只有一个MAC硬件地址。多MAC交换机的每个端口捆绑有多个MAC硬件地址。单MAC交换机主要设计用于连接最终用户、网络共享资源或非桥接路由器。它们不能用于连接集线器或含有多个网络设备的网段。多MAC交换机在每个端口有足够存储体记忆多个硬件地址。多MAC交换机的每个端口可以看作是一个集线器，而多MAC交换机可以看作是集线器的集线器。每个厂商的交换机的存储体Buffer的容量大小各不相同。这个Buffer容量的大小限制了这个交换机所能够提供的交换地址容量。一旦超过了这个地址容量，有的交换机将丢弃其它地址数据包，有的交换机则将数据包复制到各个端口不作交换。外接监视支持：(Ext

33、endalMonitoring)一些交换机厂商提供监视端口(monitoringport),允许外接网络分析仪直接连接到交换机上监视网络状况。但各个厂商的实现方法各不相同。扩展树：(SpanningTree)由于交换机实际上是多端口的透明桥接设备，所以交换机也有桥接设备的固有问题拓扑环问题(TopologyLoops)。当某个网段的数据包通过某个桥接设备传输到另一个网段，而返回的数据包通过另一个桥接设备返回源地址。这个现象就叫拓扑环。一般，交换机采用扩展树协议算法让网络中的每一个桥接设备相互知道，自动防止拓扑环现象。交换机通过将检测到的拓扑环中的某个端口断开，达到消除拓扑环的目的，维持网络中的

34、拓扑树的完整性。在网络设计中，拓扑环常被推荐用于关键数据链路的冗余备份链路选择。所以，带有扩展树协议支持的交换机可以用于连接网络中关键资源的交换冗余。全双工：(FullDuplex)全双工端口可以同时发送和接收数据，但这要交换机和所连接的设备都支持全双工工作方式。具有全双工功能的交换机具有以下优点：1、高吞吐量(Throughput):两倍于单工模式通信吞吐量。2、避免碰撞(CollisionAvoidanee):没有发送/接收碰撞。3、突破长度限制(ImprovedDistaneeLimitation):由于没有碰撞，所以不受CSMA/CD链路长度的限制。通信链路的长度限制只与物理介质有关。

35、现在支持全双工通信的协议有：快速以太网、千兆以太网和ATM。高速端口集成：(High-SpeedIntergration)交换机可以提供高带宽管道(固定端口、可选模块或多链路隧道)满足交换机的交换流量与上级主干的交换需求。防止出现主干通信瓶颈。常见的高速端口有：FDDI：应用较早，范围广。但有协议转换花费。FastEthernet/GigabitEthernet：连接方便，协议转换费用少；但受到网络规模限制。ATM：可提供高速交换端口；但协议转换费用大。ATM交换(ATMSwitch)随着ATM交换技术的发展，现在企业网络中越来越多在高速网络主干或边缘网络采用ATM交换技术。根据现有企业计算的

36、发展要求，适应数据网络交换的技术趋势，我们有必要了解ATM。ATM的数据交换由一个一个固定长度的ATM信元组成。每个ATM信元都是53字节长(5个字节长的信头和48字节长的信体)。信头包括虚拟通路(VP)和虚拟电路(VC)标识等地址信息。ATM根据VP和VC来确定信元的发送源地址和接收目的地址。ATM交换机中的连接分为永久虚拟电路(PVC)和交换虚拟电路(SVC)两种。PVC是在源地址与目的地址之间的永久性硬件电路连接。SVC是根据实时交换要求建立的临时交换电路连接。两者的最大区别是：PVC不论是否有数据传输，它都保持连接；而SVC在数据传输完成后就自动断开。两者的应用区别是：在通常的ATM交

37、换中，有一些PVC用于保持信号和管理信息通讯，保持永久连接；而SVC主要用于大量的具体数据的传输。ATM交换另一个特点是：ATM本身就是全双工的。发送数据和接收数据在不同虚拟电路中同时进行，保持双向高速通讯。为了满足以太网帧(Frames)与ATM信元(Cells)的相互通讯要求,ATM协议标准规定了针对数据应用的ATM适配层(ATMAdaptionLayer)，它工作在帧交换和信元交换之间，将以太帧的逻辑电路层的地址信息对应得转换为虚拟电路VC、虚拟通路VP地址信息，完成帧-信元转换和信元-帧转换工作。ATM交换的广泛应用，也给交换网络的网络监视和管理带来了新的挑战。虚拟局域网(VLAN)交

38、换技术的发展，也加快了新的交换技术（VLAN）的应用速度。通过将企业网络划分为虚拟网络VLAN网段，可以强化网络管理和网络安全，控制不必要的数据广播。在共享网络中，一个物理的网段就是一个广播域。而在交换网络中，广播域可以是有一组任意选定的第二层网络地址（MAC地址）组成的虚拟网段。这样，网络中工作组的划分可以突破共享网络中的地理位置限制，而完全根据管理功能来划分。这种基于工作流的分组模式，大大提高了网络规划和重组的管理功能。在同一个VLAN中的工作站，不论它们实际与哪个交换机连接，它们之间的通讯就好象在独立的集线器上一样。同一个VLAN中的广播只有VLAN中的成员才能听到，而不会传输到其他的V

39、LAN中去，这样可以很好的控制不必要的广播风暴的产生。同时，若没有路由的话，不同VLAN之间不能相互通讯，这样增加了企业网络中不同部门之间的安全性。网络管理员可以通过配置VLAN之间的路由来全面管理企业内部不同管理单元之间的信息互访。交换机是根据用户工作站的MAC地址来划分VLAN的。所以，用户可以自由的在企业网络中移动办公，不论他在何处接入交换网络，他都可以与VLAN内其他用户自如通讯。VLAN可以是有混合的网络类型设备组成，比如：10M以太网、100M以太网、令牌网、FDDI、CDDI等等，可以是工作站、服务器、集线器、网络上行主干等等。VLAN的管理需要比较复杂的专门软件,它通过对用户、

40、MAC地址、交换机端口号、VLAN号等管理对象的综合管理，来满足整个网络的VLAN划分、监视等功能，以及其他扩展管理功能。现在比较通用的VLAN的划分方法是基于MAC地址。但也有一些厂商的交换机提供更多的VLAN划分方法：MAC地址、协议地址、交换机端口、网络应用类型和用户权限用户在选择交换机的同时，应当仔细考察选购的交换机的VLAN功能，根据自己企业的实际需要，选择满足要求而且管理方便的交换机。同时，应当特别注意现在不同厂商的交换机的VLAN之间大多数是不兼容的。第四层交换一，第四层交换简述第四层交换的一个简单定义是：它是一种功能，它决定传输不仅仅依据MAC地址（第二层网桥）或源/目标IP地

41、址（第三层路由）,而且依据TCP/UDP（第四层）应用端口号。第四层交换功能就象是虚IP,指向物理服务器。它传输的业务服从的协议多种多样，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议。这些业务在物理服务器基础上，需要复杂的载量平衡算法。在IP世界，业务类型由终端TCP或UDP端口地址来决定，在第四戻交换中的应用区间则由源端和终端IP地址、TCP和UDP端口共同决定。在第四层交换中为每个供搜寻使用的服务器组设立虚IP地址（VIP），每组服务器支持某种应用。在域名服务器（DNS）中存储的每个应用服务器地址是VIP，而不是真实的服务器地址。当某用户申请应用时，一个带有目标服务器组的VIP连接请

42、求（例如一个TCPSYN包）发给服务器交换机。服务器交换机在组中选取最好的服务器，将终端地址中的VIP用实际服务器的IP取代，并将连接请求传给服务器。这样，同一区间所有的包由服务器交换机进行映射，在用户和同一服务器间进行传输。二，第四层交换的原理OSI模型的第四层是传输层。传输层负责端对端通信，即在网络源和目标系统之间协调通信。在IP协议栈中这是TCP（一种传输协议）和UDP（用户数据包协议）所在的协议层。在第四层中，TCP和UDP标题包含端口号（portnumber）,它们可以唯一区分每个数据包包含哪些应用协议（例如HTTP、FTP等）。端点系统利用这种信息来区分包中的数据，尤其是端口号使一

43、个接收端计算机系统能够确定它所收到的IP包类型，并把它交给合适的高层软件。端口号和设备IP地址的组合通常称作插口（socket）。1和255之间的端口号被保留，他们称为熟知端口，也就是说，在所有主机TCP/IP协议栈实现中，这些端口号是相同的。除了熟知端口外，标准UNIX服务分配在256到1024端口范围，定制的应用一般在1024以上分配端口号.分配端口号的最近清单可以在RFc1700AssignedNumbers上找到。TCP/UDP端口号提供的附加信息可以为网络交换机所利用，这是第4层交换的基础。熟知端口号举例:应用协议端口号FTP20（数据）21（控制）TELNET23SMTP25HTT

44、P80NNTP119NNMP16162(SNMPtraps)TCP/UDP端口号提供的附加信息可以为网络交换机所利用，这是第四层交换的基础。具有第四层功能的交换机能够起到与服务器相连接的虚拟IP（VIP）前端的作用。每台服务器和支持单一或通用应用的服务器组都配置一个VIP地址。这个VIP地址被发送出去并在域名系统上注册。在发出一个服务请求时，第四层交换机通过判定TCP开始，来识别一次会话的开始。然后它利用复杂的算法来确定处理这个请求的最佳服务器。一旦做出这种决定，交换机就将会话与一个具体的IP地址联系在一起，并用该服务器真正的IP地址来代替服务器上的VIP地址。每台第四层交换机都保存一个与被选

45、择的服务器相配的源IP地址以及源TCP端口相关联的连接表。然后第四层交换机向这台服务器转发连接请求。所有后续包在客户机与服务器之间重新影射和转发，直到交换机发现会话为止。在使用第四层交换的情况下，接入可以与真正的服务器连接在一起来满足用户制定的规则，诸如使每台服务器上有相等数量的接入或根据不同服务器的容量来分配传输流。三，第四层交换的作用第四戻交换的主要作用是提高服务器和服务器群的可靠性和可扩性。如果服务器速度跟不上，即使是具有最快速交换的网络也不能完全确保端到端的性能。可以想见高优先权的业务在这种QoS使能的网络中会因服务器中低优先权的业务队列而阻塞。在更糟的情况下，服务器甚至会丧失循环处理

46、业务的能力。设计在服务器上的第四层交换的目的就是扩展过去服务器和应用中第二层和第三层交换的性能和业务流的管理功能。四，第四层交换的优势第四戻交换使用第三戻和第四戻信息包、的报头信息，根据应用区间识别业务流，将整个区间段的业务流分配到合适的应用服务器讲行处理。每个开放的区间与特定的服务器相关，为跟踪服务器，第四层交换使多个服务器支持的特殊应用，随服务器的增加而线性增强整体性能。同时，第四层交换通过减少对任何特定服务器的依赖性而提高应用的可靠性。第四层交换也要求端到端QoS，提高第二层和第三层交换一包接一包QoS传输的能力。例如，从级别高的用户来的业务或重要应用的网络业务流，可以分配给最快的I/O

47、系统和CPU,而普通的业务就分配给性能较差的机器。五，第四层交换与第二层、第三层交换如果第二层交换是网桥的再现，第三层交换是路由，那么，什么是第四层交换？第四层交换可以根据专门的应用进行流量排队，这为基于规则的服务质量机制提供了一条更可操作的途径。我们可以把第四层交换叫作会话交换机。a,第二层交换局域网交换技术是作为对共享式局域网提供有效的网段划分的解决方案而出现的，他可以使每个用户尽可能地分享到最大带宽。前文已经提到，交换技术是在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层进行操作的，因此交换机对数据包的转发是建立在MAC地址-物理地址基础之上的，对于IP网络协议来说，它是透明的，即交换机在转

48、发数据包时，不知道也无须知道信源机和信宿机的IP地址，只须其物理地址即MAC地址。交换机在操作过程当中会不断的收集资料去建立它本身的一个地址表，这个表相当简单，它说明了某个MAC地址是在哪个端口上被发现的，所以当交换机收到一个TCP/IP封包时，他便会看一下该数据包的标签部分的目的MAC地址，核对一下自己的地址表以确认该从哪个端口把数据包发出去，由于这个过程比较简单，加上今天这功能由ASIC硬件进行，因此速度相当高，一般只需几十微秒，交换机便可决定一个IP封包该往那里送。值得一提的是：万一交换机收到一个不认识的封包，就是说如果目的地MAC地址不能在地址表中找到时，交换机会把IP封包扩散出去，即

49、把它从每一个端口中送出去，就好象交换机在收到一个广播封包时一样处理。二层交换机的弱点正是它处理广播封包的手法太不有效，比方说，当一个交换机收到一个从TCP/IP工作站上发出来的广播封包时，他便会把该封包传到所有其他端口去，哪怕有些端口上连的是IPX或DECnet工作站!这样一来，非TCP/IP接点的带宽便会受到负面的影响，就算同样的TCP/IP接点，除非他们的子网跟发送那个广播封包的工作站的子网相同，否则他们也会无原无故地收到一些与他们毫不相干的网络广播，整个网络的效率因此会大打折扣。b,第三层交假设主机A跟主机B以前曾通过交换机通信，中间的交换机如支持第三层交换的话，他便会把A和B的IP地址

50、及他们的MAC地址记录下来，当其它主机如C要和A或B通信时，针对C所发出的寻址封包，第三层交换机会不假思索的送C一个回覆封包告诉他A或B的MAC地址，以后C当然就会用A或B的MAC地址直接和他通信。因为通信双方完全没有通过路由器这样的第三者，所以那怕A、B和C属不同的子网，他们间均可直接知道对方的MAC地址来通信，更重要的是，第三层交换机并没有像其他交换器般把广播封包扩散，第三层交换机之所以叫三层交换器便是因为他们能看懂三层信息，如IP地址、ARP等。因此，三层交换器便能洞悉某广播封包目的何在，而在没有把他扩散出去的情形下，满足了发出该广播封包的人的需要，（不管他们在任何子网里）。如果认为第三

51、层交换机就是路由器，那也应称作超高速反传统路由器，因为第三层交换器没做任何拆打数据封包的工作，所有路过他的封包都不会被修改并以交换的速度传到目的地。相比之下，路由器是在OSI七层网络模型中的第三层-网络层操作的，它在网络中，收到任何一个数据包（包括广播包在内），都要将该数据包第二层（数据链路层）的信息去掉（称为拆包），查看第三层信息（IP地址）。然后，根据路由表确定数据包的路由，再检查安全访问表;若被通过，则再进行第二层信息的封装（称为打包），最后将该数据包转发。如果在路由表中查不到对应MAC地址的网络地址，则路由器将向源地址的站点返回一个信息，并把这个数据包丢掉。与交换机相比，路由器显然能够

52、提供构成企业网安全控制策略的一系列存取控制机制。由于路由器对任何数据包都要有一个拆打过程，即使是同一源地址向同一目的地址发出的所有数据包，也要重复相同的过程。这导致路由器不可能具有很高的吞吐量，也是路由器成为网络瓶颈的原因之一.端到端性能和服务质量要求对所有联网设备的负载进行细致的均衡，以保证客户机与服务器之间数据平滑地流动。第二层与第三层交换产品在解决局域网和互联网络的带宽及容量问题上发挥了很好的作用，但是，这可能还不够，还需要更多的性能，而这正是第四层交换的用武之地。第二层交换连接用户和网络，在子网中指引业务流，第三层交换或路由器将包从一个子网传到另一个子网，第四层交换将包传到终端服务器。

53、第四层交换是网络基础结构中的重要因素，它使得服务器容量随网络带宽增加而增加。从操作方面来看，第四层交换是稳固的，因为它将包控制在从源端到宿端的区间中。另一方面，路由器或第三层交换，只针对单一的包进行处理，不清楚上一个包从哪来、也不知道下一个包的情况。它们只是检测包报头中的TCP端口数字，根据应用建立优先级队列。路由器根据链路和网络可用的节点决定包的路由。第四层则是在可用的服务器和性能基础上先确定区间。六，第四层交换与服务器集群在第四层交换和服务器集群技术（如Microsoft的Wolfpack）之间有一些共同的功能。它们都能提供服务品负载平衡和故障防护功能，尽管许多集群技术的实现支持横跨多个服

54、务器的应用程序的负载平衡。这二种技术的不同之处在于：集群功能经常被密地集成在服务器操作系统中，因此是厂家专有的。被嵌入到操作系统中意味着集群技术能支持文件系统共享和紧密的服务器资源滥测，并允许更快的服务器容错。另一方面，第四层交换是建立在标准IP协议族之上的。因此，它使不同厂商，不同操作系统的服务器为负载平衡和增强可靠性而组成一个松散耦合服务器集群，这两种技术产不是彼盯对立的。服务器集群能利用第四层交换来同时提高应用程序扩展性和服务器可用性。在服务器集群中使用第四层交换可以在交换机上利用第四层交换的功能来保证服务器集群中各服务器的负载平衡。第四层交换可以使人们对许多备份服务器进行毫无顾忌的选择

55、，同时，还会有一系列服务器在提供同样的服务，这样就可以使各服务器上的通信量负载达到平衡。到目前为止，能使负载达到平衡的唯一方法是轮换主机地址，但问题在于预测或控制每一服务器将要获得的负载是一件很不容易的事情，这简直太原始了，并不能满足用户对第四层交换的要求。应用第四层交换，采用先进的应用分配算法，能更好，更智能实现负载平衡。根据所需负载均衡的颗粒度，第四层交换机可以利用多种方法将应用会话分配到服务器上。这些方法包括求权数最小接入的简单加权循环、测量往返时延和服务器自身的闭合环路反馈闭合环路反馈是最先进的方法，它利用可用内存、I/O中断和CPU利用率等特定的系统信息，这些信息可以为适配器驱动器和

56、第四层交换机自动获取。目前的闭合环路反馈机制要求在每台服务器上安装软件代理。七，如何选用合适的第四层交换a速度为了在企业网中行之有效，第四层交换必须提供与第三层线速路由器可比拟的性能。也就是说，第四层交换必须在所有端口以全介质速度操作，即使在多个千兆以太网连接上亦如此。千兆以太网速度等于以每秒1488000个数据包的最大速度路由（假定最坏的情形,即所有包为以及网定义的最小尺寸,长64字节）。b服务器容量平衡算法依据所希望的容量平衡间隔尺寸，第四层交换机将应用分配给服务器的算法有很多种，有简单的检测环路最近的连接、检测环路时延或检测服务器本身的闭环反馈。在所有的预测中，闭环反馈提供反映服务器现有

57、业务量的最精确的检测。c表容量应注意的是，进行第四层交换的交换机需要有区分和存贮大量发送表项的能力。交换机在一个企业网的核心时尤其如此。许多第二/三层交换机倾向发送表的大小与网络设备的数量成正比。对第四层交换机，这个数量必须乘以网络中使用的不同应用协议和会话的数量。因而发送表的大小随端点设备和应用类型数量的增长而迅速增长。第四层交换机设计者在设计其产品时需要考虑表的这种增长。大的表容量对制造支持线速发送第四层流量的高性能交换机至关重要.d冗余第四层交换机内部有支持冗余拓扑结构的功能。在具有双链路的网卡容错连接时，就可能建立从一个服务器到网卡，链路和服务器交换器的完全冗余系统。八，介绍几种第四层

58、交换产品BerkeleyNetworks公司的exponeNTe4和AlteonNetworks公司的ACEswith180两款第四层交换产品具有突出的性能和灵活性，能够比第二层和第三层交换机做出更智能的转发决定。由于把包头查询的代码嵌入到交换机中的专用集成电路（ASIC）中去实现上述功能，几乎不会造成任何延时。这两家厂商的交换机都能实现10M、100M和千兆以太网功能，但是Berkeley的交换机是设计用于企业应用的，而Alteon交换机则是用于拥有大量Web或FTP服务器的机构的。Alteon的第四层交换技术能通过对服务器的性能和运行状况的实时监测，根据不同服务器的健康状况，将来访的数据流

59、以经济高效的方式分配到合适的服务器上。同时，Alteon的第四层交换技术具有Web高速缓存重定向功能，能把指定发往远程Internet主机的HTTP通信拦截，并将这些通信重新定向到本地的高速缓存服务器上，从而大大加快了访问Internet的速度，并节省了大量宝贵的广域网带宽。而且这对于用户和信息提供者来说是完全透明的，不需要用户和信息提供者做任何的设置。Cabletron公司的SmartSwitchRouter和TorrentNetworkingTechnologies公司推出的IP9000GigabitRouter也是具有第四层交换功能的产品。其中SmartSwitchRouter可以实现骨

60、干网从常规第三层交换向全面的第三、第四层交换功能的升级转换，其独特的广域网集成能力以及基于第四层交换的访问控制能力对于网络数据传输安全、有序地进行发挥了关键作用。此外，CabletronSmartSwitchRouter基于第四层交换的QoS功能为特定业务应用数据交换提供了不同级别的优先处理能力。九，第四层交换与单功能负载均衡产品目前一般的单功能负载均衡产品可以每秒连接400到800个接入。而同时具有第二层和第四层功能的新一代产品（使用定制的专用集成电路的基于硬件的负载均衡功能）的连接速度则超过了每秒10万次接入。第四层交换机在形式和功能上与专用负载均衡器完全不同。传统基于硬件的负载均衡器是速