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深入了解L3路由交換技術

本文主要給大家詳細的介紹了L3路由交換技術的應用于發展,并且給大家詳細的介紹了L3路由交換技術的起源和未來趨勢,希望那個看過此文會對你有所幫助。隨著通信技術的不斷發展,路由交換技術的應用也非常廣發,同...

本文主要給大家詳細的介紹了L3路由交換技術的應用于發展,并且給大家詳細的介紹了L3路由交換技術的起源和未來趨勢,希望那個看過此文會對你有所幫助。

隨著通信技術的不斷發展,路由交換技術的應用也非常廣發,同時技術也在更新升級。首先讓大家了解下L3路由交換技術的起源和發展,然后全面介紹L3路由交換技術的應用和趨勢。是一定要由ATM網絡事先建立一條端到端的連接,再采用“ShortCut”方式對IP包進行路由。

IPSwitch方式中的RFC1953解決了“多跳”數量增長的問題,通過軟件提供一種“直通”(Cut-through)來滿足多IP業務要求,它與RFC1987共同構成IPSwitch基礎。 IPSwitch對數據包的處理多采用以ATM交換機跨接路由器直通(CUT-THROUGH)處理的方式,即第一個包通過路由器進行檢查、鑒別和處理,以后相同的包由ATM交換機跨接直通傳輸,不再通過路由器。

無論是IPSwitch還是MPOA,這個IP數據流都是在虛電路里傳輸,所有IP包都在一個已經選定的路由中傳輸,不存在不同的IP包經過不同的路由。只是IPSwitch方式每個ATM交換機可獨立處理IP交換,以直通IP數據流。但MPOA一定要所有ATM交換機統一動作,所以MPOA方式實施前一定要先建立一條端到端的SVC。除了以上兩種L3路由交換技術之外,在其他領域也相繼產生了第三層路由交換技術。如思科公司的專有技術CEF(思科快速轉發)、普遍被所有第三層交換機廠家采用的多層路由交換技術MLS以及當前被廣泛推廣的基于IETF標準的多協議標記交換MPLS。

L3路由交換技術的起源和發展

基于L2以太網交換技術的多層交換最早起源于校園網絡,后來在IDC中也有較多應用。早期互聯網業務流量模型符合20:80規則,即80%的流量為本地,20%的流量出網。后來此流量模型發生逆轉,80%流量來自網段外部,內部通信只有20%。因此導致不同的網段之間越來越多的業務交換。由于每一個L2網段都代表一個廣播域,出于網絡可擴展性的限制,需要在L2以太網交換機上對不同網段劃分不同VLAN,我們知道,在一個多VLAN環境下,VLAN內部采用L2交換,VLAN之間采用L3路由。因此需要在VLAN之間通過路由器進行L3數據包轉發。傳統的路由方式,對IP包的處理性能低于對以太網幀的交換。隨著跨網業務的增多,與傳統L3包轉發性能低下的矛盾越來越大。這些因素推動了L3路由交換技術的產生。

L3交換與傳統路由器的區別,除了路由器采用基于CPU的軟交換,L3交換機通過ASIC之外,它們的主要區別在于轉發機制上。 L3交換在滿足第三層選路需求的同時,需要滿足對數據進行線速轉發的要求,只有提高了吞吐率,才能徹底解決第三層瓶頸問題。 L3交換結合了路由交換技術的優點,其高性能是基于“一次路由,多次交換”的機制實現的。在L3交換過程中,L3交換機監測進入路由器接口的第一個以太網幀(判斷依據是以太網幀的目的地址為路由器接口MAC地址),因為這些數據幀一定是跨網流量。然后L3交換機需要剝離以太網幀,讀取L3信息,通過查找FIB路由轉發表,將數據包輸出到相應接口。在這同時,L3交換機根據這個數據包的IP地址(源/目的地址)對后續進入交換機的具有共性的數據包進行流(Flow)分類,并對每個流及這個流的輸出端口進行緩存,這個流中的后續數據包不用每次再針對數據包的目的地址查找路由表進行L3轉發,只需將封裝L3數據包的以太網幀的目的MAC地址進行更換即可。從而實現了一次路由,多次交換。

由于互聯網上兩個端點之間可以同時建立多個數據流,具有相同的源/目的IP地址,如果設備能根據IP數據包中更多的字段來進行流分類,如根據協議類型和TCP/ UDP端口號,即可實現對每個會話(Session)的分類,此時的多層交換可以稱為L4第四層交換。如果策略規定根據應用對流量進行細化控制,或者需要按應用進行流量統計,L4交換是必需的。其交換原理同L3交換相同,但是會耗費更多的設備資源(CPU和內存)。

L3交換的應用和趨勢

隨著以太網路由交換技術的日益成熟,無論是運營商的城域網還是企業網或校園網,越來越多地采用了第三層交換機組網技術。它帶來的優勢顯而易見。首先,建網成本低、組網靈活。 L3交換機的選路性能、轉發性能都已經不低于吉比特路由器,但是具有更高的端口密度。 L3交換機的每個端口可以靈活配置為交換口或路由口,同時還具備POS接口,設備之間互連,可以通過POS口運行IGP,提供選路功能,實現互聯網上網業務;通過GE口互連配置為VLANTrunk提供以太透傳業務。傳統的路由器對L2起到終結作用,無法提供L2透傳業務。

其次,一定程度上滿足多業務需求。目前的數據業務,可以劃分為專線業務和互聯網上網業務兩大類。 L3路由交換技術可以在一個設備上提供兩種業務;ヂ摼W業務中,對于以太到戶的寬帶小區用戶,在CPE側通過路由器或交換機以FE/GE接口經裸光纖接入ISP城域網的匯聚層(L3交換機);對于ADSL用戶,匯聚到DSLAM后通過FE/GE上行經城域以太網終結到BRAS。這都是基于L3交換機的路由功能實現互聯網路由可達基礎上實現的。目前性能優良的L3交換機,支持的路由協議和路由策略已經可以同傳統路由器相比,如對BGP路由條目的支持上、IGP的收斂性能上、路由策略的實施上(PolicyRouting、針對VLANID或端口的CAR)以及網絡安全方面(NAT、ACL、針對EtherType字段的過濾、廣播包過濾)和QoS領域(針對802.1p優先級隊列、802.1p與ToS字節中的IPPrecedence比特位映射),甚至MPLS應用,都提供了較好的解決方案。對于專線業務,目前L3交換機組網對于提供以太網透傳業務具有先天的優越性。尤其對于點對多點業務、VLAN堆疊應用、端口綁定等可以提供很好的性能。

 

    當然,任何設備、技術或組網方案都不是萬能的,L3交換機組網的缺陷是網絡環路保護恢復(通過生成樹協議)對網絡可擴展性和管理維護簡易性帶來的影響以及在L3交換機互連鏈路中同時支持IGP路由、VLANTrunk及MPLS交換的能力不夠。今后的發展趨勢,最完美的情況是逐步、徹底替代傳統路由器,實現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,如MPLSTE、L3MPLSVPN和L2MPLSVPN技術。屆時,隨著MPLS技術、應用和標準的進一步完善,以L3以太網交換機構建的城域以太網絡將可以提供真正的全業務,如已知的以太透傳(點到點和點到多點)、互聯網上網,甚至利用L2MPLS技術實現AToM。

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