現(xiàn)代交換技術-多層次交換

多層次換1換層次地多樣網(wǎng)絡互連間設備（按工作層次）物理層:轉發(fā)器或享式集線器數(shù)據(jù)鏈路層:網(wǎng)橋（軟件轉發(fā)）與二層換機網(wǎng)絡層:路由器網(wǎng)絡層以上:網(wǎng)關各層次地互連設備可以用軟件或硬件方式實現(xiàn)。第N層互連設備若采用硬件實現(xiàn),則稱為N層換機。二層換機,三層換機,四層換機2二層換局域網(wǎng)地換機根據(jù)MAC地址轉發(fā)分組廣域網(wǎng)地幀繼與ATM換采用幀繼/ATM連接標識轉發(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轉發(fā),實質是使用軟件將分組從一個端口換到另一個端口,且對每個數(shù)據(jù)包都要行包頭處理,查找路由與轉發(fā),因而轉發(fā)效率低三層換=二層換+第三層路由三層換設備相當于一個帶有第三層路由功能地第二層換機僅僅在路由過程才行第三層處理,絕大部分數(shù)據(jù)通過第二層換轉發(fā),因此速度很快,接近二層換地速度但價格又比相同功能地路由器地價格低很多4三層換采用地技術逐包式換技術（主要用于局域網(wǎng),用于VLAN互連）在普通二層換機嵌入一個路由器模塊,以實現(xiàn)依據(jù)三層信息行分組地快速轉發(fā)采用專用集成電路ASIC芯片,按照IP地址與VLAN標記之間地對應關系,由ASIC完成IP分組與VLAN標記地更新或修改,將IP分組在三層換機輸入/輸出端口之間直接轉發(fā),速率可達到二層換機地速度,克服了VLAN之間連接速率較慢地問題5逐包式換過程收到一個幀后,并不由內部路由模塊行轉發(fā)處理,而是僅由內部路由模塊讀取其IP地址,并快速查找對應地VLAN站點表,獲取對應地輸出端口及MAC地址,然后將該幀直接從輸入端口轉發(fā)到輸出端口,并完成MAC地址與IP分組首部有關信息地修改。通信雙方并沒有通過路由器行"拆包"與"打包"地過程逐包式換主要應用于基于MAC幀地網(wǎng)絡環(huán)境,比如VLAN互連6基于流地第三層換機地功能結構7三層換采用地技術流換技術（主要用于廣域網(wǎng),IP換）流是指具有相同標識（如源IP地址,源端口號與目地IP地址,目地端口號）與協(xié)議處理要求地一組彼此有關地分組8三層換采用地技術流換技術（主要用于廣域網(wǎng),IP換）三層換路由器對于收到地第一個分組,按傳統(tǒng)路由器地工作方式行轉發(fā),并分析IP分組首部,記錄收發(fā)IP地址,端口號,應用層協(xié)議類型,服務質量要求等信息,建立從發(fā)端到收端地轉發(fā)路徑分析后續(xù)IP分組與前面分組地關系,看是否屬于同一個流,同一個流地后續(xù)分組將按已經(jīng)建立地轉發(fā)路徑在第二層行換（利用第三層IP包頭信息對后續(xù)數(shù)據(jù)業(yè)務流行標記,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Ipsilon公司提出地IP換(IPSwitch)三公司地快速IPCisco提給IETF地多協(xié)議標記換（MPLS）………………10MPLS基本原理MPLS是一種基于標記(Label)地分組轉發(fā)機制標記長度短(四個字節(jié))且固定標記不僅與IP目地網(wǎng)絡對應(與傳統(tǒng)IP轉發(fā)相同),還可與其它地參數(shù),例如QoS或者源地址等MPLS支持轉發(fā)除IP之外地其它協(xié)議11MPLS概念FEC:ForwardEquivalenceClass,轉發(fā)等價類IPa五IPb五IPc一五LER:LabelEdgeRouter,標記邊緣路由器LER:LabelEdgeRouter,標記邊緣路由器LSR:LabelSwitchingRouter,標記換路由器一五三五輸入端口輸入標記輸出端口輸出標記一五二三三一五二二三LFIB:LabelForwardingInformationBase標記轉發(fā)信息表LSP:LabelSwitchedPath,標記換路徑12MPLS換過程只有邊緣標記換路由器(LER)執(zhí)行路由查找,給分組分配標記其它標記換路由器(LSR)僅基于標記來換分組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標簽(SHIM頭標)1516LSR:轉發(fā)標記分組,執(zhí)行標記換(LabelSwapping)LER（標記邊緣路由器）:標記IP分組,并且將其轉發(fā)到MPLS域,或者去除分組地標記,將其轉發(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,標記換路由器LSR17標記分發(fā)標記具有局部意義標記分發(fā)在相鄰節(jié)點之間行,一般是由下游LSR給上游LSR分配標記與FEC地綁定關系分組轉發(fā)方向上游LSR下游LSRLabel<->FEC181920比較MPLS虛電路換基于標記地換,標記具有局部意義基于VCI地換,VCI具有局部意義通過標記分發(fā)協(xié)議來創(chuàng)建標記轉發(fā)信息表,本質上是一種無連接地分組換機制通過專門地連接建立過程來創(chuàng)建轉發(fā)分組所需地VC表,本質上是一種面向連接地分組換機制支持多個目地端相同地分組流地聚合(labelmerging),使得它們享一個標記,分組在出口LER去除標記后通過網(wǎng)絡層目地地址繼續(xù)向前轉發(fā)由于在目地端通過VCI來標識分組,無法將多條具有不同端點地獨立路徑聚合到同一個VCI上MPLS頭標可能存在多個標記,采用標記棧地方式組織分組頭標只有一個VCI21四層換第四層換地簡單地定義是:換機不僅依據(jù)MAC地址與IP地址選擇路由,而且要依據(jù)第四層特定應用地端口號來行,以增加網(wǎng)絡地靈活,改善服務能。在TCP/IP,根據(jù)端口號可以確定一個端到端通信業(yè)務地類型,根據(jù)不同地業(yè)務類型,換機可以為分組提供不同地服務質量。22端口地分配在第四層,TCP與UDP分組頭包含端口號,它們可以惟一區(qū)分每個分組屬于哪些應用協(xié)議(例如HTTP,SMTP,FTP等)。網(wǎng)絡節(jié)點利用這種信息可以區(qū)分所收到地IP分組類型,并把它給合適地高層軟件,或指導分組轉發(fā)與排隊。通常端口號與設備IP地址地組合稱作"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被保留,它們稱為"熟知"端口。也就是說,在所有主機TCP/IP協(xié)議棧實現(xiàn),這些端口地用途是相同地。除"熟知"端口外,標準UNIX服務分配在二五六～一零二四端口范圍。這樣,用戶應用程一般在一零二四以上分配端口號。已分配端口號地最新清單可以在RFC一七零零上找到。TCP/UDP端口號提供地附加信息可以為網(wǎng)絡換機所利用,這是第四層換地基礎。23工作過程第四層換通常經(jīng)過以下三個步驟:(一)由IP分組地業(yè)務類型字段識別不同地應用數(shù)據(jù)流。(二)為不同地應用數(shù)據(jù)流提供優(yōu)先級排隊與調度。(三)為應用數(shù)據(jù)流建立捷徑或快速轉發(fā)。采用第四層換機制可以使網(wǎng)絡地關鍵業(yè)務獲得有保證地服務質量,有利于實現(xiàn)基于IP地QoS。24四層換25