局域網(wǎng)交換機(jī)發(fā)展?fàn)顩r綜述
九十年代初，隨著計(jì)算機(jī)性能的提高及通信量的劇增，傳統(tǒng)局域網(wǎng)已經(jīng)愈來(lái)愈超出了自身的負(fù)荷，交換式以太網(wǎng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，大大提高了局域網(wǎng)的性能。與基于網(wǎng)橋和路由器的共享媒體的局域網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相比，局域網(wǎng)交換機(jī)能顯著增加帶寬。交換技術(shù)的加入，就可以建立地理位置相對(duì)分散的網(wǎng)絡(luò)，使局域網(wǎng)交換機(jī)的每個(gè)端口可平行、安全、同時(shí)地互相傳輸信息，而且使局域網(wǎng)可以高度擴(kuò)充。局域網(wǎng)交換機(jī)實(shí)現(xiàn)了OSI模型的下兩層協(xié)議，現(xiàn)在某些局域網(wǎng)交換機(jī)也實(shí)現(xiàn)了OSI參考模型的第三層協(xié)議，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的路由選擇功能。
局域網(wǎng)交換機(jī)種類 局域網(wǎng)交換機(jī)根據(jù)使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以分為：
以太網(wǎng)交換機(jī)、令牌環(huán)交換機(jī)、FDDIＩ交換機(jī)、ATM交換機(jī)、快速以太網(wǎng)交換機(jī)等。根據(jù)應(yīng)用規(guī)?？煞譃椋浩髽I(yè)級(jí)交換機(jī)、部門級(jí)交換機(jī)和工作組交換機(jī)等。從應(yīng)用的規(guī)模來(lái)看，作為骨干交換機(jī)時(shí)，支持500個(gè)信息點(diǎn)以上大型企業(yè)應(yīng)用的交換機(jī)為企業(yè)級(jí)交換機(jī)，支持300個(gè)信息點(diǎn)以下中型企業(yè)的交換機(jī)為部門級(jí)交換機(jī)，而支持100個(gè)信息點(diǎn)以內(nèi)的交換機(jī)為工作組級(jí)交換機(jī)。
工作組交換機(jī)是傳統(tǒng)集線器Hub的理想替代產(chǎn)品，一般為固定配置，配有一定數(shù)目的10Base－Ｔ或10/100Base-TX以太網(wǎng)口。與集線器一樣，交換機(jī)按每一個(gè)包中的MAC地址相對(duì)簡(jiǎn)單地決策信息轉(zhuǎn)發(fā)。而這種轉(zhuǎn)發(fā)決策一般不考慮包中隱藏的更深的其他信息。與集線器不同的是交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延遲很小，操作接近單個(gè)局域網(wǎng)性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了普通橋接互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)發(fā)性能。工作組交換機(jī)一般沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)管理的功能。這類產(chǎn)品有華為公司的Quidway S2403及3Com的OfficeConnect系列交換機(jī)。
部門級(jí)交換機(jī)是面向部門的以太網(wǎng)交換機(jī)，可以是固定配置，也可以是模塊配置，一般有光纖接口。與工作組交換機(jī)相比，部門級(jí)交換機(jī)具有較為突出的智能型特點(diǎn)，支持基于端口的VLAN可實(shí)現(xiàn)端口管理，采用全雙工、半雙工傳輸模式，可對(duì)流量進(jìn)行控制，有網(wǎng)絡(luò)管理的功能，可通過(guò)PC機(jī)的232口或經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)對(duì)交換機(jī)進(jìn)行配置、監(jiān)控和測(cè)試。這類產(chǎn)品有華為公司的Quidway S3016及3Com的The SuperStack II 3300交換機(jī)。
企業(yè)級(jí)交換機(jī)屬于高端交換機(jī)，它采用模塊化的結(jié)構(gòu)，可作為網(wǎng)絡(luò)骨干構(gòu)建高速局域網(wǎng)。企業(yè)級(jí)交換機(jī)可以提供用戶化定制、優(yōu)先級(jí)隊(duì)列服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)安全控制并能很快適應(yīng)數(shù)據(jù)增長(zhǎng)和改變的需要，從而滿足用戶的需求。對(duì)于有更多需求的網(wǎng)絡(luò)，企業(yè)級(jí)交換機(jī)不僅能傳送海量數(shù)據(jù)和控制信息，更具有硬件冗余和軟件可伸縮性特點(diǎn)，保證網(wǎng)絡(luò)的可靠運(yùn)行。這類產(chǎn)品有華為公司的Quidway S5000系列交換機(jī)及3Com的4007交換機(jī)。
國(guó)產(chǎn)局域網(wǎng)交換機(jī)現(xiàn)狀 目前，我國(guó)局域網(wǎng)交換機(jī)生產(chǎn)廠商在產(chǎn)品研發(fā)上不斷有新的突破，如華為公司和長(zhǎng)城公司都推出了自己的一系列交換機(jī)產(chǎn)品，但基本都是中、低端產(chǎn)品，與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，在可靠性和穩(wěn)定性方面還存在一定差距，而且許多產(chǎn)品的核心技術(shù)還掌握在別人手里。由于在專用芯片、軟件、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)方面的差距，國(guó)內(nèi)局域網(wǎng)交換機(jī)生產(chǎn)廠商同國(guó)外廠商在高端產(chǎn)品上還有不小的距離。
在今后的交換機(jī)市場(chǎng)上，10M交換機(jī)將很快會(huì)退出，100M交換機(jī)將成為主流，1000M以太網(wǎng)交換機(jī)將會(huì)在大型網(wǎng)絡(luò)工程中擔(dān)當(dāng)重任，第三層交換機(jī)的研制和開(kāi)發(fā)將成為熱點(diǎn)。如果國(guó)內(nèi)局域網(wǎng)交換機(jī)生產(chǎn)廠商能夠緊緊抓住網(wǎng)絡(luò)化所帶來(lái)的市場(chǎng)機(jī)遇，在政府的引導(dǎo)和扶植下，突破軟件和專用ASIC芯片設(shè)計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)，消除產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸，就會(huì)在這一領(lǐng)域取得突破。
局域網(wǎng)交換機(jī)發(fā)展趨勢(shì) 局域網(wǎng)交換機(jī)是工作在OSI第二層的，可以理解為一個(gè)多端口網(wǎng)橋，因此傳統(tǒng)上稱之為第二層交換；目前，交換技術(shù)已經(jīng)延伸到OSI第三層的部分功能，即所謂第三層交換，第三層交換可以不將廣播封包擴(kuò)散，直接利用動(dòng)態(tài)建立的MAC地址來(lái)通信，似乎可以看懂第三層的信息，如IP地址、ARP等，具有多路廣播和虛擬網(wǎng)間基于IP、IPX等協(xié)議的路由功能，這方面功能的順利實(shí)現(xiàn)得力于專用集成電路（ASIC）的加入，把傳統(tǒng)的由軟件處理的指令改為ASIC芯片的嵌入式指令，從而加速了對(duì)包的轉(zhuǎn)發(fā)和過(guò)濾，使得高速路由和服務(wù)質(zhì)量都有了可靠的保證。目前，如果沒(méi)有上廣域網(wǎng)的需要，在建網(wǎng)方案中一般不再應(yīng)用價(jià)格昂貴、帶寬有限的路由器。 第三層交換機(jī)是帶有第三層路由功能的第二層交換機(jī)，但它是二者的有機(jī)結(jié)合，并不是簡(jiǎn)單地把路由器設(shè)備的硬件及軟件疊加在局域網(wǎng)交換機(jī)上。從硬件的實(shí)現(xiàn)上看，目前，第二層交換機(jī)的接口模塊都是通過(guò)高速背板／總線速率可高達(dá)幾十Gbit/s 交換數(shù)據(jù)的，在第三層交換機(jī)中，與路由器有關(guān)的第三層路由硬件模塊也插接在高速背板／總線上，這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊高速交換數(shù)據(jù)，從而突破了傳統(tǒng)的外接路由器接口速率的限制10Mbit/s-100Mbit/s。在軟件方面，第三層交換機(jī)也有重大的舉措，具體是：
對(duì)于數(shù)據(jù)封包的轉(zhuǎn)發(fā)：如IP/IPX封包的轉(zhuǎn)發(fā)，這些有規(guī)律的過(guò)程通過(guò)硬件得以高速實(shí)現(xiàn)。通過(guò)ASIC電路將這些功能集成在一個(gè)芯片上，具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、高可靠性、低電源消耗、更高的性能和成本更低等優(yōu)點(diǎn)。
對(duì)于第三層路由軟件：如路由信息的更新、路由表維護(hù)、路由計(jì)算、路由的確定等功能，用優(yōu)化、高效的軟件實(shí)現(xiàn)。 隊(duì)列管理：由于一個(gè)端口的流量必須在輸出隊(duì)列的緩存中保存，不論它的優(yōu)先級(jí)多大，也必須按照先進(jìn)先出的方式被處理。當(dāng)隊(duì)列滿的時(shí)候，任何超出的部分都將被丟棄。此外，當(dāng)隊(duì)列變長(zhǎng)時(shí)，延時(shí)也增加了。因此，許多第三層交換機(jī)廠商開(kāi)發(fā)了自己的隊(duì)列管理機(jī)制，以提高網(wǎng)絡(luò)性能。
流量管理：有些數(shù)據(jù)流比其它數(shù)據(jù)流更重要。通過(guò)自動(dòng)流量分類，第三層交換機(jī)可以指示數(shù)據(jù)包處理流程區(qū)分用戶指定的數(shù)據(jù)流，從而實(shí)現(xiàn)低延時(shí)、高優(yōu)先級(jí)傳輸及避免擁塞。
安全機(jī)制：第三層交換機(jī)提供多種安全機(jī)制，并使用流量分類器，管理員可以限制任何被識(shí)別的數(shù)據(jù)流，包括限制對(duì)服務(wù)器的訪問(wèn)及排除無(wú)用的協(xié)議廣播。這一點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域里的突破性進(jìn)展，即提供線速防火墻。
目前，第三層交換機(jī)已在網(wǎng)絡(luò)中得到應(yīng)用，它優(yōu)良的性能已經(jīng)顯現(xiàn)出來(lái)。但是，作為一種嶄新的技術(shù)，第三層交換機(jī)還不是很成熟，還要對(duì)它的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化。目前很多廠商都推出了自己的第三層交換機(jī)，但是它們作法各異且性能表現(xiàn)不同。此外，各廠商出于市場(chǎng)策略的考慮，目前的第三層交換機(jī)只支持IP/IPX路由協(xié)議，還不能支持其它一些有一定應(yīng)用領(lǐng)域的專用協(xié)議。不難看出，第三層交換機(jī)的出現(xiàn)大大動(dòng)搖了路由器在網(wǎng)絡(luò)中的地位。傳統(tǒng)的路由器將逐步地退出局域網(wǎng)范圍，而在廣域網(wǎng)中發(fā)揮其作用。
綜上所述，第三層交換機(jī)不僅取代了昂貴的路由器在局域網(wǎng)中的大部分功能，而且解決了大型局域網(wǎng)的子網(wǎng)段之間的數(shù)據(jù)傳輸瓶頸問(wèn)題，在將來(lái)會(huì)有更大的發(fā)展，也會(huì)贏得更多的市場(chǎng)空間。
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