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文章主要分析路由交換技術(shù)中L2-L3交換的應(yīng)用和發(fā)展，相信隨著通信行業(yè)的發(fā)展，路由交換技術(shù)也會(huì)更加的完善穩(wěn)定，給用戶帶來良好的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。
隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，路由交換技術(shù)的應(yīng)用也非常廣發(fā)，同時(shí)技術(shù)也在更新升級(jí)。首先讓大家了解下L3路由交換技術(shù)的起源和發(fā)展，然后全面介紹L3路由交換技術(shù)的應(yīng)用和趨勢。是一定要由ATM網(wǎng)絡(luò)事先建立一條端到端的連接，再采用“ShortCut”方式對(duì)IP包進(jìn)行路由。
IPSwitch方式中的RFC1953解決了“多跳”數(shù)量增長的問題，通過軟件提供一種“直通”（Cut-through）來滿足多IP業(yè)務(wù)要求，它與RFC1987共同構(gòu)成IPSwitch基礎(chǔ)。IPSwitch對(duì)數(shù)據(jù)包的處理多采用以ATM交換機(jī)跨接路由器直通（CUT-THROUGH）處理的方式，即第一個(gè)包通過路由器進(jìn)行檢查、鑒別和處理，以后相同的包由ATM交換機(jī)跨接直通傳輸，不再通過路由器。
無論是IPSwitch還是MPOA，這個(gè)IP數(shù)據(jù)流都是在虛電路里傳輸，所有IP包都在一個(gè)已經(jīng)選定的路由中傳輸，不存在不同的IP包經(jīng)過不同的路由。只是IPSwitch方式每個(gè)ATM交換機(jī)可獨(dú)立處理IP交換，以直通IP數(shù)據(jù)流。但MPOA一定要所有ATM交換機(jī)統(tǒng)一動(dòng)作，所以MPOA方式實(shí)施前一定要先建立一條端到端的SVC。除了以上兩種L3路由交換技術(shù)之外，在其他領(lǐng)域也相繼產(chǎn)生了第三層路由交換技術(shù)。如思科公司的專有技術(shù)CEF（思科快速轉(zhuǎn)發(fā)）、普遍被所有第三層交換機(jī)廠家采用的多層路由交換技術(shù)MLS以及當(dāng)前被廣泛推廣的基于IETF標(biāo)準(zhǔn)的多協(xié)議標(biāo)記交換MPLS。
L3路由交換技術(shù)的起源和發(fā)展
基于L2以太網(wǎng)交換技術(shù)的多層交換最早起源于校園網(wǎng)絡(luò)，后來在IDC中也有較多應(yīng)用。早期互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)流量模型符合20:80規(guī)則，即80%的流量為本地，20%的流量出網(wǎng)。后來此流量模型發(fā)生逆轉(zhuǎn)，80%流量來自網(wǎng)段外部，內(nèi)部通信只有20%。因此導(dǎo)致不同的網(wǎng)段之間越來越多的業(yè)務(wù)交換。由于每一個(gè)L2網(wǎng)段都代表一個(gè)廣播域，出于網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性的限制，需要在L2以太網(wǎng)交換機(jī)上對(duì)不同網(wǎng)段劃分不同VLAN，我們知道，在一個(gè)多VLAN環(huán)境下，VLAN內(nèi)部采用L2交換，VLAN之間采用L3路由。因此需要在VLAN之間通過路由器進(jìn)行L3數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。傳統(tǒng)的路由方式，對(duì)IP包的處理性能低于對(duì)以太網(wǎng)幀的交換。隨著跨網(wǎng)業(yè)務(wù)的增多，與傳統(tǒng)L3包轉(zhuǎn)發(fā)性能低下的矛盾越來越大。這些因素推動(dòng)了L3路由交換技術(shù)的產(chǎn)生。
L3交換與傳統(tǒng)路由器的區(qū)別，除了路由器采用基于CPU的軟交換，L3交換機(jī)通過ASIC之外，它們的主要區(qū)別在于轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制上。L3交換在滿足第三層選路需求的同時(shí)，需要滿足對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行線速轉(zhuǎn)發(fā)的要求，只有提高了吞吐率，才能徹底解決第三層瓶頸問題。L3交換結(jié)合了路由交換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，其高性能是基于“一次路由，多次交換”的機(jī)制實(shí)現(xiàn)的。在L3交換過程中，L3交換機(jī)監(jiān)測進(jìn)入路由器接口的第一個(gè)以太網(wǎng)幀（判斷依據(jù)是以太網(wǎng)幀的目的地址為路由器接口MAC地址），因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)幀一定是跨網(wǎng)流量。然后L3交換機(jī)需要?jiǎng)冸x以太網(wǎng)幀，讀取L3信息，通過查找FIB路由轉(zhuǎn)發(fā)表，將數(shù)據(jù)包輸出到相應(yīng)接口。在這同時(shí)，L3交換機(jī)根據(jù)這個(gè)數(shù)據(jù)包的IP地址（源/目的地址）對(duì)后續(xù)進(jìn)入交換機(jī)的具有共性的數(shù)據(jù)包進(jìn)行流（Flow）分類，并對(duì)每個(gè)流及這個(gè)流的輸出端口進(jìn)行緩存，這個(gè)流中的后續(xù)數(shù)據(jù)包不用每次再針對(duì)數(shù)據(jù)包的目的地址查找路由表進(jìn)行L3轉(zhuǎn)發(fā)，只需將封裝L3數(shù)據(jù)包的以太網(wǎng)幀的目的MAC地址進(jìn)行更換即可。從而實(shí)現(xiàn)了一次路由，多次交換。
由于互聯(lián)網(wǎng)上兩個(gè)端點(diǎn)之間可以同時(shí)建立多個(gè)數(shù)據(jù)流，具有相同的源/目的IP地址，如果設(shè)備能根據(jù)IP數(shù)據(jù)包中更多的字段來進(jìn)行流分類，如根據(jù)協(xié)議類型和TCP/UDP端口號(hào)，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)會(huì)話（Session）的分類，此時(shí)的多層交換可以稱為L4第四層交換。如果策略規(guī)定根據(jù)應(yīng)用對(duì)流量進(jìn)行細(xì)化控制，或者需要按應(yīng)用進(jìn)行流量統(tǒng)計(jì)，L4交換是必需的。其交換原理同L3交換相同，但是會(huì)耗費(fèi)更多的設(shè)備資源（CPU和內(nèi)存）。
L3交換的應(yīng)用和趨勢
隨著以太網(wǎng)路由交換技術(shù)的日益成熟，無論是運(yùn)營商的城域網(wǎng)還是企業(yè)網(wǎng)或校園網(wǎng)，越來越多地采用了第三層交換機(jī)組網(wǎng)技術(shù)。它帶來的優(yōu)勢顯而易見。首先，建網(wǎng)成本低、組網(wǎng)靈活。L3交換機(jī)的選路性能、轉(zhuǎn)發(fā)性能都已經(jīng)不低于吉比特路由器，但是具有更高的端口密度。L3交換機(jī)的每個(gè)端口可以靈活配置為交換口或路由口，同時(shí)還具備POS接口，設(shè)備之間互連，可以通過POS口運(yùn)行IGP，提供選路功能，實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)；通過GE口互連配置為VLANTrunk提供以太透傳業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)的路由器對(duì)L2起到終結(jié)作用，無法提供L2透傳業(yè)務(wù)。
其次，一定程度上滿足多業(yè)務(wù)需求。目前的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，可以劃分為專線業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)兩大類。L3路由交換技術(shù)可以在一個(gè)設(shè)備上提供兩種業(yè)務(wù)�；ヂ�(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)中，對(duì)于以太到戶的寬帶小區(qū)用戶，在CPE側(cè)通過路由器或交換機(jī)以FE/GE接口經(jīng)裸光纖接入ISP城域網(wǎng)的匯聚層（L3交換機(jī)）；對(duì)于ADSL用戶，匯聚到DSLAM后通過FE/GE上行經(jīng)城域以太網(wǎng)終結(jié)到BRAS。這都是基于L3交換機(jī)的路由功能實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)路由可達(dá)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的。目前性能優(yōu)良的L3交換機(jī)，支持的路由協(xié)議和路由策略已經(jīng)可以同傳統(tǒng)路由器相比，如對(duì)BGP路由條目的支持上、IGP的收斂性能上、路由策略的實(shí)施上（PolicyRouting、針對(duì)VLANID或端口的CAR）以及網(wǎng)絡(luò)安全方面（NAT、ACL、針對(duì)EtherType字段的過濾、廣播包過濾）和QoS領(lǐng)域（針對(duì)802.1p優(yōu)先級(jí)隊(duì)列、802.1p與ToS字節(jié)中的IPPrecedence比特位映射），甚至MPLS應(yīng)用，都提供了較好的解決方案。對(duì)于專線業(yè)務(wù)，目前L3交換機(jī)組網(wǎng)對(duì)于提供以太網(wǎng)透傳業(yè)務(wù)具有先天的優(yōu)越性。尤其對(duì)于點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)業(yè)務(wù)、VLAN堆疊應(yīng)用、端口綁定等可以提供很好的性能。
當(dāng)然，任何設(shè)備、技術(shù)或組網(wǎng)方案都不是萬能的，L3交換機(jī)組網(wǎng)的缺陷是網(wǎng)絡(luò)環(huán)路保護(hù)恢復(fù)（通過生成樹協(xié)議）對(duì)網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性和管理維護(hù)簡易性帶來的影響以及在L3交換機(jī)互連鏈路中同時(shí)支持IGP路由、VLANTrunk及MPLS交換的能力不夠。今后的發(fā)展趨勢，最完美的情況是逐步、徹底替代傳統(tǒng)路由器，實(shí)現(xiàn)路由器所支持的所有功能，尤其需要在MPLS的支持能力上加強(qiáng)，如MPLSTE、L3MPLSVPN和L2MPLSVPN技術(shù)。屆時(shí)，隨著MPLS技術(shù)、應(yīng)用和標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步完善，以L3以太網(wǎng)交換機(jī)構(gòu)建的城域以太網(wǎng)絡(luò)將可以提供真正的全業(yè)務(wù)，如已知的以太透傳（點(diǎn)到點(diǎn)和點(diǎn)到多點(diǎn)）、互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)，甚至利用L2MPLS技術(shù)實(shí)現(xiàn)AToM。
