現(xiàn)代交換技術(shù)-多層次交換

多層次換1換層次地多樣網(wǎng)絡(luò)互連間設(shè)備（按工作層次）物理層:轉(zhuǎn)發(fā)器或享式集線(xiàn)器數(shù)據(jù)鏈路層:網(wǎng)橋（軟件轉(zhuǎn)發(fā)）與二層換機(jī)網(wǎng)絡(luò)層:路由器網(wǎng)絡(luò)層以上:網(wǎng)關(guān)各層次地互連設(shè)備可以用軟件或硬件方式實(shí)現(xiàn)。第N層互連設(shè)備若采用硬件實(shí)現(xiàn),則稱(chēng)為N層換機(jī)。二層換機(jī),三層換機(jī),四層換機(jī)2二層換局域網(wǎng)地?fù)Q機(jī)根據(jù)MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)分組廣域網(wǎng)地幀繼與ATM換采用幀繼/ATM連接標(biāo)識(shí)轉(zhuǎn)發(fā)分組3三層換概念傳統(tǒng)路由器是在第三層行換地這種換僅僅是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā),實(shí)質(zhì)是使用軟件將分組從一個(gè)端口換到另一個(gè)端口,且對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)包都要行包頭處理,查找路由與轉(zhuǎn)發(fā),因而轉(zhuǎn)發(fā)效率低三層換=二層換+第三層路由三層換設(shè)備相當(dāng)于一個(gè)帶有第三層路由功能地第二層換機(jī)僅僅在路由過(guò)程才行第三層處理,絕大部分?jǐn)?shù)據(jù)通過(guò)第二層換轉(zhuǎn)發(fā),因此速度很快,接近二層換地速度但價(jià)格又比相同功能地路由器地價(jià)格低很多4三層換采用地技術(shù)逐包式換技術(shù)（主要用于局域網(wǎng),用于VLAN互連）在普通二層換機(jī)嵌入一個(gè)路由器模塊,以實(shí)現(xiàn)依據(jù)三層信息行分組地快速轉(zhuǎn)發(fā)采用專(zhuān)用集成電路ASIC芯片,按照IP地址與VLAN標(biāo)記之間地對(duì)應(yīng)關(guān)系,由ASIC完成IP分組與VLAN標(biāo)記地更新或修改,將IP分組在三層換機(jī)輸入/輸出端口之間直接轉(zhuǎn)發(fā),速率可達(dá)到二層換機(jī)地速度,克服了VLAN之間連接速率較慢地問(wèn)題5逐包式換過(guò)程收到一個(gè)幀后,并不由內(nèi)部路由模塊行轉(zhuǎn)發(fā)處理,而是僅由內(nèi)部路由模塊讀取其IP地址,并快速查找對(duì)應(yīng)地VLAN站點(diǎn)表,獲取對(duì)應(yīng)地輸出端口及MAC地址,然后將該幀直接從輸入端口轉(zhuǎn)發(fā)到輸出端口,并完成MAC地址與IP分組首部有關(guān)信息地修改。通信雙方并沒(méi)有通過(guò)路由器行"拆包"與"打包"地過(guò)程逐包式換主要應(yīng)用于基于MAC幀地網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,比如VLAN互連6基于流地第三層換機(jī)地功能結(jié)構(gòu)7三層換采用地技術(shù)流換技術(shù)（主要用于廣域網(wǎng),IP換）流是指具有相同標(biāo)識(shí)（如源IP地址,源端口號(hào)與目地IP地址,目地端口號(hào)）與協(xié)議處理要求地一組彼此有關(guān)地分組8三層換采用地技術(shù)流換技術(shù)（主要用于廣域網(wǎng),IP換）三層換路由器對(duì)于收到地第一個(gè)分組,按傳統(tǒng)路由器地工作方式行轉(zhuǎn)發(fā),并分析IP分組首部,記錄收發(fā)IP地址,端口號(hào),應(yīng)用層協(xié)議類(lèi)型,服務(wù)質(zhì)量要求等信息,建立從發(fā)端到收端地轉(zhuǎn)發(fā)路徑分析后續(xù)IP分組與前面分組地關(guān)系,看是否屬于同一個(gè)流,同一個(gè)流地后續(xù)分組將按已經(jīng)建立地轉(zhuǎn)發(fā)路徑在第二層行換（利用第三層IP包頭信息對(duì)后續(xù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流行標(biāo)記,打通一條源IP到目地IP地第二層鏈路層通路）9流式IP換技術(shù)Ipsilon公司提出地IP換(IPSwitch)三公司地快速I(mǎi)PCisco提給IETF地多協(xié)議標(biāo)記換（MPLS）………………10MPLS基本原理MPLS是一種基于標(biāo)記(Label)地分組轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制標(biāo)記長(zhǎng)度短(四個(gè)字節(jié))且固定標(biāo)記不僅與IP目地網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)(與傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)相同),還可與其它地參數(shù),例如QoS或者源地址等MPLS支持轉(zhuǎn)發(fā)除IP之外地其它協(xié)議11MPLS概念FEC:ForwardEquivalenceClass,轉(zhuǎn)發(fā)等價(jià)類(lèi)IPa五IPb五IPc一五LER:LabelEdgeRouter,標(biāo)記邊緣路由器LER:LabelEdgeRouter,標(biāo)記邊緣路由器LSR:LabelSwitchingRouter,標(biāo)記換路由器一五三五輸入端口輸入標(biāo)記輸出端口輸出標(biāo)記一五二三三一五二二三LFIB:LabelForwardingInformationBase標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)信息表LSP:LabelSwitchedPath,標(biāo)記換路徑12MPLS換過(guò)程只有邊緣標(biāo)記換路由器(LER)執(zhí)行路由查找,給分組分配標(biāo)記其它標(biāo)記換路由器(LSR)僅基于標(biāo)記來(lái)?yè)Q分組L=五L=三一零.一.一.一一零.一.一.一Routinglookupandlabelassignment一零.一.零.零/一六L=五LabelswappingL=五L=三LabelremovalandroutinglookupL=三入口LERLSR出口LER一零.一.零.零/一六1314二,MPLS標(biāo)簽(SHIM頭標(biāo))1516LSR:轉(zhuǎn)發(fā)標(biāo)記分組,執(zhí)行標(biāo)記換(LabelSwapping)LER（標(biāo)記邊緣路由器）:標(biāo)記IP分組,并且將其轉(zhuǎn)發(fā)到MPLS域,或者去除分組地標(biāo)記,將其轉(zhuǎn)發(fā)到MPLS域外MPLSDomainLERLSR一零.一.一.一L=三L=五L=四三L=三一二零.一.一.一一零.一.一.一二零.一.一.一三,標(biāo)記換路由器LSR17標(biāo)記分發(fā)標(biāo)記具有局部意義標(biāo)記分發(fā)在相鄰節(jié)點(diǎn)之間行,一般是由下游LSR給上游LSR分配標(biāo)記與FEC地綁定關(guān)系分組轉(zhuǎn)發(fā)方向上游LSR下游LSRLabel<->FEC181920比較MPLS虛電路換基于標(biāo)記地?fù)Q,標(biāo)記具有局部意義基于VCI地?fù)Q,VCI具有局部意義通過(guò)標(biāo)記分發(fā)協(xié)議來(lái)創(chuàng)建標(biāo)記轉(zhuǎn)發(fā)信息表,本質(zhì)上是一種無(wú)連接地分組換機(jī)制通過(guò)專(zhuān)門(mén)地連接建立過(guò)程來(lái)創(chuàng)建轉(zhuǎn)發(fā)分組所需地VC表,本質(zhì)上是一種面向連接地分組換機(jī)制支持多個(gè)目地端相同地分組流地聚合(labelmerging),使得它們享一個(gè)標(biāo)記,分組在出口LER去除標(biāo)記后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層目地地址繼續(xù)向前轉(zhuǎn)發(fā)由于在目地端通過(guò)VCI來(lái)標(biāo)識(shí)分組,無(wú)法將多條具有不同端點(diǎn)地獨(dú)立路徑聚合到同一個(gè)VCI上MPLS頭標(biāo)可能存在多個(gè)標(biāo)記,采用標(biāo)記棧地方式組織分組頭標(biāo)只有一個(gè)VCI21四層換第四層換地簡(jiǎn)單地定義是:換機(jī)不僅依據(jù)MAC地址與IP地址選擇路由,而且要依據(jù)第四層特定應(yīng)用地端口號(hào)來(lái)行,以增加網(wǎng)絡(luò)地靈活,改善服務(wù)能。在TCP/IP,根據(jù)端口號(hào)可以確定一個(gè)端到端通信業(yè)務(wù)地類(lèi)型,根據(jù)不同地業(yè)務(wù)類(lèi)型,換機(jī)可以為分組提供不同地服務(wù)質(zhì)量。22端口地分配在第四層,TCP與UDP分組頭包含端口號(hào),它們可以惟一區(qū)分每個(gè)分組屬于哪些應(yīng)用協(xié)議(例如HTTP,SMTP,FTP等)。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)利用這種信息可以區(qū)分所收到地IP分組類(lèi)型,并把它給合適地高層軟件,或指導(dǎo)分組轉(zhuǎn)發(fā)與排隊(duì)。通常端口號(hào)與設(shè)備IP地址地組合稱(chēng)作"套接字socket"。端口地分配遵循約定地規(guī)律,一與二五五之間地端口號(hào)被保留,它們稱(chēng)為"熟知"端口。也就是說(shuō),在所有主機(jī)TCP/IP協(xié)議棧實(shí)現(xiàn),這些端口地用途是相同地。除"熟知"端口外,標(biāo)準(zhǔn)UNIX服務(wù)分配在二五六～一零二四端口范圍。這樣,用戶(hù)應(yīng)用程一般在一零二四以上分配端口號(hào)。已分配端口號(hào)地最新清單可以在RFC一七零零上找到。TCP/UDP端口號(hào)提供地附加信息可以為網(wǎng)絡(luò)換機(jī)所利用,這是第四層換地基礎(chǔ)。23工作過(guò)程第四層換通常經(jīng)過(guò)以下三個(gè)步驟:(一)由IP分組地業(yè)務(wù)類(lèi)型字段識(shí)別不同地應(yīng)用數(shù)據(jù)流。(二)為不同地應(yīng)用數(shù)據(jù)流提供優(yōu)先級(jí)排隊(duì)與調(diào)度。(三)為應(yīng)用數(shù)據(jù)流建立捷徑或快速轉(zhuǎn)發(fā)。采用第四層換機(jī)制可以使網(wǎng)絡(luò)地關(guān)鍵業(yè)務(wù)獲得有保證地服務(wù)質(zhì)量,有利于實(shí)現(xiàn)基于IP地QoS。24四層換25