LAN多層交換技術還是比較常用的，于是我研究了一下LAN多層交換技術的實際應用與發展，在這里拿出來和大家分享一下，希望對大家有用。在過去短短的幾年里，網絡發生了根本性的變化：網橋已經退出了歷史的舞臺，在LAN網中共享式以太網越來越少。

人們對于網絡的要求導致了新一代網絡的誕生和發展，其中LAN多層交換技術可以說是新的網絡時代的核心。交換技術具備強大的尋址能力和出色的穩定性，為需要高帶寬的應用程序提供了解決辦法，同時也解決了網絡智能化問題，它極大地促進了網絡的發展。毫無疑問，LAN多層交換技術已經成為一項重要的技術 ，并在今天廣泛的流行起來。 
 
LAN多層交換技術概述 
 
在LAN網中使用交換的目的是為了提高網絡的性能，減少網絡的阻塞，同時，LAN多層交換技術能夠加快數據的移動速度，極大地降低了傳統以太網中由于采用CSMA/CD協議而產生沖突的可能性，因而在一定程度上消除了網絡的瓶頸。LAN交換機的內在功能類似于網橋，通過跟蹤每一個端口發來的幀的源地址，檢查幀的目的地址來選擇路由。LAN交換機每一端口能夠存儲的地址數量決定了它支持的工作站和支持擁有許多工作站的局域網段的能力。若交換機每一端口只能支持一個地址，它相當于端口交換設備；若每一端口支持多個地址，它相當于段交換設備。除了按交換方法外，LAN交換機還可以分為“直接通過”和“存儲轉發”。直接通過技術就是在LAN交換機讀到幀的目的地址后，直接在源端口和目的端口之間進行交叉連接。這種交換具有最小的延時和等待時間。相應地，存儲轉發交換把全部的幀存在存儲器里，并對幀進行差錯控制，若對某一幀的循環冗余校驗不符，則丟棄該幀。存儲轉發技術需要將幀從低速局域網中移到高速局域網中，因為必須將全部的幀存儲起來，所以這種交換方法必然帶來較小程度的時延。另外，LAN交換機還能同時支持FDDI、快速以太網、令牌環網、以太網和ATM（從嚴格意義上講，ATM不完全屬于第二層），可以更進一步提高帶寬，提高交換機的吞吐量，這些支持多協議的LAN交換機能夠將來自一種第二層網絡的數據傳輸到另一種網絡中。圖1所示為LAN交換機的應用，LAN交換機通過將兩個服務器連接到兩個單獨的端口，可以在工作站和服務器之間同地提供兩路連接。
　
通常LAN交換機可以分成兩種類型：骨干網交換機和工作組交換機。其中骨干網交換機（backbone switch）是網絡核心使用的高端交換機。它獲得的數據來自Hub和工作組交換機，它提供這些設備的互連。骨干網交換機通常可以插入包含各種網絡選項卡，這些卡支持的網絡類型有：FDDI、以太網、快速以太網、令牌環網和ATM。骨干網交換機通常連接一種或多種高速網絡。工作組交換機屬于低端設備，它通過共享技術連接多個共享網段。工作組交換機通常用于連接PC或低流量的數據庫服務器。有12個端口的以太網交換機是一種典型的交換機，它提供1.2Gbit/s的帶寬，可以看作12個分離的以太網段。一般情況下，工作組交換機要與FDDI或快速以太網等高速骨干網連接。 
 
第三層交換技術的工作原理 
 
傳統的路由器需要對每個路由的包進行大量的處理，由于傳統的路由器能夠支持多種協議，它們是通過軟件來實現的，因此基于軟件的執行速度比基于硬件的要慢，使得路由器成為網絡性能的瓶頸。為了解決路由器的通信瓶頸問題，出現了第三層交換。第三層交換改善了路由器的性能，使網絡具有更高的智能性。第三層交換的運行方式類似于LAN交換機，不同的只是它是基于IP地址而不是MAC地址轉發數據的。
 
假設兩個使用IP協議的站點通過第三層交換機，通信的過程：發送站點A在開始發送時，已知目的站的IP地址，但尚不知道在局域網上發送所需要的MAC地址。要采用地址解析（ARP）來確定目的站的MAC地址。發送站把自己的IP地址與目的的站的IP地址比較，采用其軟件中配置的子網掩碼提取內。若目的站B與發送站A在同一子網內，站點A廣播一個ARP請求，B站返回其MAC地址，A站得到目的站點B的MAC地址后將這一地址緩存起來，并用此MAC地址封裝包后轉發數據，第二層交換模塊查找MAC地址表確定將數據包發向目的端口。若兩個站點不在同一子網內，如發送站A要與目的站C通信，發送站A要向“缺省路徑”發出ARP封裝包，而“缺省路徑”的IP地址已經在系統軟件中設置。這個IP地址實際上對應第三層交換機的第三層交換模塊。所以當發送站A對“缺省路徑”的IP地址廣播出一個ARP請求時，若第三層交換模塊在以往的通信過程中已得到目的站C的MAC地址，則向發送站A回復目的站C的MAC地址；否則第三層交換模塊根據路由信息向目的站廣播一個ARP請求，目的站C得到此ARP請求后，向第三層交換模塊回復其MAC地址，第三層交換模塊保存此地址并回復發送站A。以后，當再進行站點A與站點C之間的數據包轉發時，將用最終的目的站點C的MAC地址封裝包，數據轉發過程全部交給第二層交換處理，因此信息得到高速交換。

第三層交換技術的體系結構 
 
第三層交換機又稱為路由交換機，第三層交換可以看作是一個模型，它涉及ISO參考模型的第二層和第三層。作為交換機，它具有同第二層相同的屬性，同時又將第二層交換和第三層路由器兩者的優勢結合成一個靈活的解決方案，可在各個層次提供線速性能，因而具備某些路由性能。這種集成經的結構還引進了策略管理屬性，它不僅使第二層與第三層相互關聯起來，而且還提供通信流量的優先化處理、安全以及多種其他的靈活功能，如trunking,VPN和Intranet的動態部署。圖2列出了第三層交換機的組成部分。
　
接口層包含了所有重要的局域網接口：10/100Mbit/s以太網，吉比特以太網，FDDI和ATM。交換層集成了多種局域網接口并輔之以策略管理，同時還提供trunking,VLAN和標簽機制。路由層提供主要的LAN路由協議：IP,IPX和AppleT，并通過策略管理，提供傳統的路由或直通的第三層轉發技術。策略管理和行政管理使網絡管理員能根據企業（或部門）的特定需求來調整網絡。相對于第三層來說，第二層被采用的程度決定了所謂的網絡控制分類，如圖3所示。一個純第二層的解決方法案，即圖中所示的“處處變換”，它在劃分子網和廣播限制等方面提供的控制最少。而第三層交換機能為分類中的所有層次提供動態的、集成的支持。傳統的通用路由器與外部的交換機一起使用也能達到此目的，但是與這種解決方案相比，第三層交換機只需要更少的配置，更少的布線，價格更便宜，并能提供更高的網絡性能。
　
第三層交換技術的演變 
 
隨著硬件和軟件的不斷升級，第三層交換技術的發展也經歷了“三代”的變化。第一代交換機是基于分立的電子元件和原語式的軟件框架的混合體。軟件的功能運行在一個有固定內存的處理機上。隨著管理支持和協議功能的改善，軟件的功能也不斷增加。當用戶的日常業務更加依賴于網絡，網絡上的流量增多時，網絡設備便成了瓶頸。雖然處理機和存儲器變得越來越快和有效，但通信流量的增加更為迅速。解決問題的第一步是簡化網絡層：用交換機取代路由器，以減低處理數據包的開銷并顯著地提高事務處理速度。引進一種專用于優化第二層處理的專用集成電路（ASIC），使性能提高了10倍，并降低了系統的整體費用。圖4示出了第一代的體系結構。
　
第三代交換技術并不是僅僅建立在第二代的進展上，而是采用ASIC+RISC技術，為第三層路由、組播及用戶可選的策略（policy）等方面提供了線速性能，總的數據吞吐量可以達到超過每秒幾百萬個包。由于使用了基于策略的服務機制，可以支持QOS，通過FIRE引入分布式數據包處理（DDP），可以將數據包快速而獨立地傳送過系統，同時使用動態分類的PACE技術和RSVP，使第二層與第三層的性能靈活地結合起來。在第三層交換機中，通過內置一個處理機將ASIC的能力，如增加對IPV6的支持，并不需要硬件升級或犧牲系統的性能。第三代第三層交換機可以支持多媒體網絡通信，能更有效地減少延時并能確保安全。由于交換機、Hub和網卡采用了統一的系統環境，使交換機在以太網環境下支持圖像傳輸。圖5示出第二、三代的體系結構。 
 
多層交換發展展望 
 
隨著LAN多層交換技術的發展，又出現了第四層交換，它擴展了第三層和第二層交換，能夠支持更細粒度的網絡調整，以及對通信流的優先權劃分。第四層交換是一種基于策略的路由，它位于ISO參考模型的第四層，使用的是第四層信息，根據第四層信息，例如對于TCP/UDP中數據包的端口號進行交換。它允許根據應用程序劃分通信數據的優先權，能夠根據某種特定應用程度的通信量，將一定量的帶寬用于重要的應用程序。從某種意義上講，第四層交換提供了在網絡中實現服務等級（COS）的方法。這樣對于一個Intranet來說，它可以減少WWW或FTP的通信量，而給E-MAIL或Telent通信量設置更高的優先權。第三、第四層交換是基于加速路由的處理過程，目前，基于流或標簽的路由處理技術也相繼問世，如3Com推出的快速IP和NHRP交換機、Alcatel推出的MPLS多協議標記交換機等。多層交換有助于實現LAN和WAN的橋接，隨著信息全球化的發展趨勢，LAN和WAN的邊界變得越來越模糊，LAN多層交換技術為未來可擴展的解決方案奠定了堅實的基礎。