“局域网技术与组网工程”课堂笔记七

 第7章 第三层交换
 
20世纪90年代中期以来, 第三层交换(L3)技术成为IT媒体频频出现的词汇,各网络供应商把它最为 
竞争的法宝。 
7.1 概述 
1.使用网桥的局限性 
网桥的优缺点： 
（1）网桥基于MAC地址，实现LAN之间的互联。优点是：网络操作简单，速度快，与OSI的其他层 
无关。其易于维护且价格低廉。 
（2）网桥无法实现流控，广播包从一个LAN到另一个LAN，常会引起大量的多路广播，造成网络效 
率降低。最严重时会造成广播风暴，是整个网络瘫痪。 
（3）当网桥构成网状结构时，会产生广播包和不知道目的地址的数据包的循环问题。为此制定了 
生成树的算法。即在一个网络中，任意两个终端之间只有一条路径。 
（4）在某些情况下，因网桥拥塞而丢失数据包，使网络不稳定、不可*。 
（5）广播包是需要的，但太多的广播包会导致网络效率降低。 
2.路由器的引入及其局限性 
*路由器的优缺点： 
（1）网络分段，这是路由器最主要的功能之一。路由器可以将不同的LAN互联。 
（2）路径选择，通过对数据包中的IP地址检查，选择出路径。 
（3）隔离广播，路由器可以住址广播流量从一个LAN到另一个LAN，可避免广播风暴。 
（4）安全性与防火墙，只有被授权的用户才能通过路由器。 
（5）第三层的特殊服务，如优先权控制。 
（6）广域网连接，大多数网络目前仍使用路由器作为网络连接设备。 
*路由器的工作原理：（略） 
*路由器的限制： 
（1）路由器需对每一个数据包检查，即使是同一源地址到同一目的地址的数据包也不例外，重复 
工作。 
（2）软件是路由器的主要实现方式，由于以上原因，路由器的吞吐量不可能很高。 
（3）路由器在流量超过本身的吞吐量时，会造成数据包丢失或延误，给网络造成危害。 
3.局域网交换技术的引入及其局限性 
交换式网络是以交换器为中心构造的网络体系，交换式网络与多端口网桥非常相似，他们都工作 
在第二层，网桥交换事业是基于每个数据包的终点地址（MAC）。 
交换式网络的实现通常采用全硬件结构实现，具有速度快，可以为每一个节点提供全部网络带 
宽，但同网桥一样它也不具备隔离广播数据包的能力。 
4.L3交换技术引入的背景 
交换技术可以克服网络带宽的局限，而路由器又能解决TCP/IP中的地址问题，那么将两者技术结 
合起来，扬长避短，发挥各自的优点，从而解决以上问题。在这种背景下，产生了交换式网络技 
术。 
7.2 L3交换技术解决方案的分类 
目前已提出的L3交换技术解决方案分为两类： 
一类基于核心模型，另一类基于边缘多层混合交换模型。 
7.2.1 解决方案的分类 
1.基于核心模型的解决方案 
主要解决核心关键节点，即路由器的第三层交换技术。有两种方案： 
（1）对于每一个数据包都需检查源/目的IP地址的方法，改为检查数据分组携带的网络流标志为 
依据，这样就大大减小了检查的时间，提高了吞吐率。 
（2）完全用ASIC（专用集成电路）硬件以线速来实现路由器的路由/转发、流控、管理、服务质 
量等功能。 
2.于边缘多层混合交换模型的解决方案 
"一次路由,随后交换"的方案： 
（1）这种方案认为网络智能应该在网络的边缘，而不是在网路的关键节点实现，因为这样可以减 
少网络中继点的额外开销。 
（2）这种方案认为绝大多数策略和请求都在端系统上完成，少数特定的控制功能（如身份认证、 
防火墙、流量统计等）则集中在少数几个网络核心节点的智能系统。 
（3）这种方案认为在第三层路由一次，然后在第二层交换端到端的网络数据分组。 
7.2.2 两种L3交换实现策略 
1.原有设备和系统进行升级和改造 
在有关的边缘和核心设备上，配置新的软件、硬件或者更换部分部件，使数据流效率大大提高。 
2.设计全新的、功能完善的高性能L3交换器以代替作为核心设备的传统路由器 
7.3 局域网系统中使用的典型的L3交换技术 
7.3.1 3Com的FastIP技术 
3Com的FastIP技术是一种典型的边缘多层混合交换模型的解决方案，它采用了"一次路由,随后交 
换"的方案：NHRP（下一条路由协议）是FastIP的主要技术基础。 
1.NBMA（非广播多路访问）网的NHRP协议简介 
（1）NBMA（非广播多路访问）网的NHRP协议可以参见RFC1735。 
（2）NHRP并不是一个路由协议，它只是一个IP逻辑子网（LIS）的地址解析协议，适用于NBMA 
（非广播多路访问）网（ATM网就是NBMA，因为ATM是面向连接，它和广播无连接以太网不同）。 
（3）NHRP是一个标准的IP格式数据包，源站的MAC地址和IP地址以及帧类型，帧类型指出这是 
NHRP请求数据包。 
(4)利用NHRP协议进行通信： 
?在同一个NBMA网中，就使用NHRP协议进行地址解析； 
?在不同一个NBMA网中，则把目的端所在子网的路由器的NBMA地址通知源端。 
?在同一个NBMA网中，不管是否划分为多个子网，都不需要路由器交换。