從數(shù)據(jù)上可以看出，目前三層交換機還是市場需求量最高的交換技術，這里我們主要讓您全面了解三層交換機，為了幫助企業(yè)用戶更好地理解三層交換的意義、了解當前市場上領先的三層交換機所支持的各種新技術，以及它們在新一代智能企業(yè)網(wǎng)絡中的位置和作用，《計算機世界》評測實驗室最近組織了一次三層交換機的深度技術測試。

評測工程師對三層交換技術的深入剖析，期望能幫助您搭建更加暢通、安全的企業(yè)網(wǎng)。隨著新業(yè)務類型和新安全威脅的不斷出現(xiàn)，企業(yè)局域網(wǎng)面臨著越來越多的挑戰(zhàn)，而應對的方法往往只有提高復雜性。但是，與以往簡單地驅動數(shù)據(jù)業(yè)務不同，現(xiàn)在的企業(yè)網(wǎng)需要滿足多業(yè)務融合、移動和安全性方面的基本要求，因此，智能網(wǎng)絡成為必然趨勢。網(wǎng)絡智能化正在影響著幾乎所有的網(wǎng)絡設備，從最近看，部署在網(wǎng)絡邊緣的第三層交換機發(fā)展變化較為明顯。

在這次測試中，我們首次使用了思博倫通信公司（Spirent）最新的TestCenter測試儀，對市場上幾款典型的三層交換機進行了深入測試。測試結果可為企業(yè)用戶選擇、部署三層交換機提供參考。作為Spirent最新一代測試設備，TestCenter體現(xiàn)了整體測試的概念，以往要由多種不同類型的測試設備聯(lián)合進行的多業(yè)務場景測試，如今使用同一設備和同一操作界面就可以實現(xiàn)了，這個特性對運營商進行新一代網(wǎng)絡部署和測試至關重要。

認識第三層交換

"交換"這個術語最早出現(xiàn)在模擬電話系統(tǒng)中，指的是由電話交換機進行的電話間語音的信號交換，屬于"電路交換"范疇，即在通信雙方節(jié)點之間建立一個電路，在通信結束后釋放電路。而以太網(wǎng)交換機則基于分組交換技術，是一種高效的帶寬復用技術，它將數(shù)據(jù)流量按長度分割成為若干分組，每個分組標識后，在一條物理線路上采用動態(tài)復用的技術，同時傳送多個數(shù)據(jù)分組。需要指出的是，分組交換本質上是面向無連接的，這也造成了在實現(xiàn)話音等實時業(yè)務時，當前的以太網(wǎng)交換機在服務質量保障（QoS）機制方面的高度復雜性。

"第三層"的概念來自ISO的OSI（開放系統(tǒng)連接）七層網(wǎng)絡參考模型。自下而上，第一層為物理層，定義通過網(wǎng)絡設備發(fā)送數(shù)據(jù)的物理方式，以及光學、電氣和機械特性。物理層的典型網(wǎng)絡設備是中繼器（Repeater），也就是信號放大器，用來解決信號隨傳輸距離增加而衰減的問題。第二層是數(shù)據(jù)鏈路層，定義操作通信連接的過程，負責數(shù)據(jù)幀的封裝，以及數(shù)據(jù)包傳輸錯誤的監(jiān)測和糾正。二層交換機的典型網(wǎng)絡設備是網(wǎng)橋和二層交換機。

傳統(tǒng)的以網(wǎng)交換機由網(wǎng)橋發(fā)展而來，它是一個可以將通信雙方的物理地址進行匹配的網(wǎng)絡設備，該設備可以根據(jù)數(shù)據(jù)單元中的頭信息，將來自一個或多個輸入端口的信元或幀移動到一個或多個輸出端口，完成信息發(fā)送過程的交換。第二層交換機的最大好處是數(shù)據(jù)傳輸快，因為它僅需要識別數(shù)據(jù)幀中的MAC地址（即網(wǎng)絡接口的物理地址），而直接根據(jù)MAC地址產(chǎn)生選擇轉發(fā)端口的算法又十分簡單，適合用ASIC芯片實現(xiàn)。二層交換機只能基于數(shù)據(jù)包的最外圍信息（主要是MAC地址）進行處理，雖然也能支持子網(wǎng)劃分和廣播限制等基本功能，但在對流量處理和控制方面的能力非常有限。

最先出現(xiàn)的第三層設備是路由器，它根據(jù)路由協(xié)議來實現(xiàn)路由功能--即IP網(wǎng)絡間的數(shù)據(jù)轉發(fā)功能。在主干網(wǎng)上，路由器的主要作用是路由選擇。在城域網(wǎng)中，路由器的主要作用是網(wǎng)絡連接和路由選擇，負責下級網(wǎng)絡之間的連接和數(shù)據(jù)轉發(fā)。而在園區(qū)網(wǎng)中，路由器的主要作用是隔離子網(wǎng)間的廣播風暴，簡化網(wǎng)絡管理，并阻止未授權子網(wǎng)的接入。路由器功能較復雜，所以只能利用軟件來完成，因此性能有限。

事實上，性能和功能通常是一對矛盾，而二層交換機和路由器可以說是這個矛盾的一種典型體現(xiàn)。交換機交換速度快，但控制功能弱；路由器控制性能強，但報文轉發(fā)性能差。而三層交換機的出現(xiàn)使這對矛盾在一定程度上達到了平衡。

第三層交換機實際結合了二層交換機與路由器的功能，它既可以完成端口交換功能，又可完成部分路由器的路由功能。兩個處于不同子網(wǎng)的節(jié)點通過三層交換機通信時，首個數(shù)據(jù)包必須經(jīng)過三層交換機中的路由處理器進行路由才能到達目的節(jié)點，但是此后這兩個節(jié)點通信的數(shù)據(jù)包，就不必再經(jīng)過路由處理器處理了，這是由于三層交換機有記憶路由的功能。三層交換機的路由記憶功能是由路由緩存來實現(xiàn)的。

當一個數(shù)據(jù)包發(fā)往三層交換機時，三層交換機首先在它的緩存列表里進行檢查，看看路由緩存里有沒有記錄，如果有記錄就直接調取緩存的記錄進行路由，而不再經(jīng)過路由處理器進行處理，這種數(shù)據(jù)包的路由速度就大大提高了。如果三層交換機在路由緩存中沒有發(fā)現(xiàn)記錄，再將數(shù)據(jù)包發(fā)往路由處理器進行處理，處理之后再轉發(fā)數(shù)據(jù)包。當然，三層交換機在路由協(xié)議支持和廣域網(wǎng)連接方面都無法和路由器相比，因此不會完全替代路由器。但在局域網(wǎng)中，隨著第三層交換技術的不斷發(fā)展與創(chuàng)新，三層交換機已經(jīng)逐漸取代了企業(yè)路由器的地位。

需要指出的是，如今的"三層"交換機往往具有網(wǎng)絡層之上更高層次的控制功能，例如基于第四層的基于協(xié)議類型和端口號的流量處理，甚至能對基于應用層（第七層）的內容進行過濾。但這些更高層的功能往往僅起到輔助性作用，其本質功能仍然集中在第三層和第二層，因此，我們仍稱其為三層交換機。

透視交換機主流技術

由于三層以太網(wǎng)交換機的復雜性日益提高，如今企業(yè)用戶在選購時經(jīng)常會對設備所支持的各種協(xié)議和特性感到迷惑。的確，從實際應用的情況看，往往有相當一部分特性在設備的整個生命周期都沒有機會發(fā)揮作用，在一定的需求背景下，這些特性又成為解決問題的必要手段。適當了解這些特性對于合理地應用三層交換機有很大的幫助。為此，我們列表對三層交換機的主流特性進行了簡單的介紹。

ProCurve5406zl是當前市場上功能比較豐富的主流三層交換機產(chǎn)品之一。它支持幾乎所有主流技術和協(xié)議，具有良好的標準兼容性，與其他產(chǎn)品相比，它所具有的ProVisionASIC技術，能夠更好地對流量內容進行檢測和控制，提供更高級別的策略執(zhí)行能力以及更好的安全性。此外，配合ProCurveIdentity Driven Manager（IDM）軟件，能夠在企業(yè)網(wǎng)環(huán)境中無縫實現(xiàn)安全、自動的基于用戶身份的訪問控制。

作為一款機箱式三層交換機，ProCurve5406zl提供了6個插槽，這次送測的配置中包括兩個J8705A模塊，J8705A提供了20個千兆銅線接口以及4個mini-GBIC千兆光纖接口，所有的銅線接口不僅支持MDI/MDI-X極性自適應，還提供以太網(wǎng)供電（PoE）的支持，為企業(yè)用戶部署IP話機等設備提供了極大的便利。在管理方面，除了命令行界面之外，ProCurve5406zl還提供了基于文本界面的菜單系統(tǒng)，使交換機的維護和配置工作得到簡化。當然，對于需要管理多臺設備的用戶來說，ProCurveManager Plus是更加有效的管理工具。在該設備送測時發(fā)生了一個小插曲，由于J8705A模塊較新，而機箱固件（Firmware）版本較早，因此無法通過初始化，初步的電話溝通后，ProCurve的支持人員很快確定了問題所在并提供了解決方法。由于ProCurve 5406zl沒有管理模塊或接口，因此我們通過XModem協(xié)議順利升級了Firmware，解決了初始化問題。