三層交換技術在很多年前就已經(jīng)開始使用，能夠延續(xù)至今說明其作用還是非常重要的，通過這些年的發(fā)展，我們也能夠看到其技術的不斷更新升級。三層交換是在1997年前后才開始出現(xiàn)的一種交換技術，最初是為了解決廣播域問題。經(jīng)過多年發(fā)展，三層交換技術已經(jīng)成為構建多業(yè)務融合網(wǎng)絡的主要力量。

當前，三層交換機的應用環(huán)境正面臨哪些變化?產(chǎn)生了哪些新技術?其發(fā)展趨勢怎么樣?未來的市場需求怎么樣?在我們賽迪網(wǎng)技術社區(qū)中有這樣一篇帖子，專門介紹分析了三層交換機的從零開始發(fā)展壯大的歷程。下面我們就來具體看一下：

請看專家解讀——產(chǎn)生及發(fā)展三層交換(也稱多層交換技術，或IP交換技術)是在1997年前后才開始出現(xiàn)的一種交換技術，它是相對于傳統(tǒng)交換概念而提出的。眾所周知，傳統(tǒng)的交換技術是在OSI網(wǎng)絡參考模型中的第二層——數(shù)據(jù)鏈路層進行操作的，而三層交換技術是在網(wǎng)絡模型中的第三層實現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。三層交換技術的出現(xiàn)主要是為了解決規(guī)模較大的網(wǎng)絡中的廣播域問題，通過LAN把一個大的交換網(wǎng)絡劃分為多個較小的廣播域，各個VLAN之間再采用三層交換技術互通。最初的三層交換機往往是把二層轉(zhuǎn)發(fā)和三層交換做在兩個單元中，還沒有用一個芯片完成完整的三層交換功能，這樣的交換機往往也是機架式的，比如3Com的 Corebuider9000、Corebuider3500，思科的5505、6509，朗訊的Cajun P550等，一般都有一個專門處理三層數(shù)據(jù)的單元或者模塊。

在傳統(tǒng)的交換機中，三層交換引擎往往是整個交換機的瓶頸，無法實現(xiàn)大容量的線速的三層交換，而且模塊和模塊之間會采用總線式結構。千兆以太網(wǎng)標準出現(xiàn)之后，有些機架式交換機內(nèi)部也采用了千兆端口實現(xiàn)模塊和模塊之間的互通。1998年 Intel推出了550T、550S可堆疊的盒式三層交換機，背板容量達2.1Gbps，可以實現(xiàn)8個百兆端口的線速交換，這是當時市場上最早出現(xiàn)的盒式交換機之一，性價比也比較高。但無論是當時的盒式三層或者是機架式三層交換機，最主要的功能僅僅是為了隔離廣播域，路由協(xié)議的支持都比較簡單，僅僅支持 RIP、OSPF等小型網(wǎng)絡的動態(tài)路由協(xié)議，VLAN之間的路由默認也是互通的，沒有什么控制功能。

隨著網(wǎng)絡規(guī)模的變化，以太網(wǎng)技術從一個辦公室網(wǎng)絡走向一個辦公樓的局域網(wǎng)乃至整個園區(qū)網(wǎng)，而在1998年之前，園區(qū)網(wǎng)技術往往會采用最早的FDDI技術和ATM技術。這種應用變化對三層交換機提出了更高的性能要求，對數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的控制能力和廣域網(wǎng)之間的路由互聯(lián)能力的要求也更高，同時可靠性、可用性要求也大大增強，二、三層交換功能也發(fā)展到由一個單獨的芯片完成，交換容量也從最初的5Gbps發(fā)展到現(xiàn)在的幾百Gbps的水平，由此出現(xiàn)了一些關鍵技術，如CrossBar技術、基于硬件線速的訪問控制技術、端到端QoS技術、更豐富的協(xié)議支持等。詳情見配文。應用環(huán)境的變化即使在三層交換技術相當成熟的現(xiàn)在，三層交換機也從來沒有停止過它的發(fā)展，主要是因為三層交換機的應用環(huán)境正在面臨巨大的變化。

隨著時間的推移，以太網(wǎng)的傳輸速度從10Mbps逐步擴展到100Mbps、1Gbps、10Gbps，以太網(wǎng)的價格也跟隨摩爾定律以及規(guī)模經(jīng)濟而迅速下降。如今，以太網(wǎng)已經(jīng)成為局域網(wǎng)(LAN)中的主導網(wǎng)絡技術，而且隨著萬兆以太網(wǎng)的出現(xiàn)，以太網(wǎng)正在向城域網(wǎng)(MAN)大步邁進，因此也拉動了三層交換機的更深層次的變革。這種拉動體現(xiàn)在以下三個方面：1. 企業(yè)信息基礎設施的建設，給以太網(wǎng)應用帶來了巨大的空間。由于以太網(wǎng)技術最初就是為局域聯(lián)網(wǎng)而設計的，因此，其在支持企業(yè)局域網(wǎng)絡連接上具有天然的優(yōu)勢，其構造的簡易性、擴展的靈活性以及速度的不斷提升，使之成為構建企業(yè)網(wǎng)絡的***技術之一。今天，我國信息化建設的大力推進，給以太網(wǎng)的發(fā)展帶來了巨大的市場機遇。

城域網(wǎng)絡建設成為以太網(wǎng)技術的新天地。當前，城域網(wǎng)絡建設的架構基本可以分為MSTP+IP和以太網(wǎng)模式。而以太網(wǎng)技術由于更適合于已有的企業(yè)網(wǎng)絡連接，同時具備網(wǎng)絡建設靈活快速等優(yōu)勢，在城域網(wǎng)建設中發(fā)揮了重要作用。基于以太網(wǎng)的城域網(wǎng)絡，更適合數(shù)據(jù)的傳輸以及寬帶化的增長需求。同時，以太網(wǎng)絡結構適合對大客戶以及業(yè)務密集區(qū)域的覆蓋，如企業(yè)網(wǎng)絡、校園網(wǎng)絡等，因此具有更高的收益預期。

寬帶的融合業(yè)務趨勢，為以太網(wǎng)走向廣域提供了空間。數(shù)據(jù)業(yè)務和傳統(tǒng)電信業(yè)務的融合已是大勢所趨，新的運營商期待一種能夠提供融合業(yè)務，同時又具有較好經(jīng)濟性的網(wǎng)絡?；贗P的寬帶以太網(wǎng)交換技術，將使這一目標逐步成為現(xiàn)實。面向光的10G以太網(wǎng)技術成為市場的熱點，這使以太網(wǎng)技術走向廣域，并最終實現(xiàn)從局域到廣域的統(tǒng)一寬帶網(wǎng)絡體系，實現(xiàn)對綜合業(yè)務的支持，形成以太網(wǎng)一統(tǒng)天下的局面。

技術發(fā)展趨勢三層交換機所面臨的應用環(huán)境的急劇變化，使得三層交換機有了更加深層次的技術變革。這種變革主要體現(xiàn)在以下三個方面：1.從體系架構上靈活支持多種技術的融合今天的核心交換機的交換容量已經(jīng)達到了幾百Gbps的水平，可以滿足十幾個萬兆端口和幾百個千兆端口的線速轉(zhuǎn)發(fā)，所以性能已經(jīng)不再是瓶頸，如何很好地在網(wǎng)絡融合的趨勢下承載業(yè)務是各個網(wǎng)絡設備供應商在產(chǎn)品設計初期就要深入思考的問題?，F(xiàn)在的網(wǎng)絡是路由和交換技術的融合，廣域和局域的融合，安全、IDS等技術和交換機技術的融合。主要體現(xiàn)在核心交換機上直接可以擴展防火墻模塊、IDS模塊、2.5G/155M POS、ATM、2M等路由器的接口模塊。這種融合給在網(wǎng)絡中部署各種策略提供了更好的靈活性。比如單獨的防火墻只能部署在網(wǎng)絡的邊緣，在網(wǎng)絡出口位置保護內(nèi)部網(wǎng)絡的安全，但70%以上的安全問題往往來源于內(nèi)部，它無法對內(nèi)部網(wǎng)絡進行有效控制。而防火墻作為一個模塊插到交換機內(nèi)部之后，可以靈活地部署在任意兩個VLAN之間，極大地提高了部署的靈活性。通過擴展路由器接口，可以更加節(jié)省用戶的投資，滿足更加靈活的組網(wǎng)需求。實現(xiàn)這樣的融合，在交換機的結構上需要具備以下幾個條件：

◆體系上采用全分布式CrossBar架構

也就是說除了交換網(wǎng)板上有一個核心的CrossBar架構之外，每一個和交換網(wǎng)板連接的模塊上還采用一片CrossBar芯片，實現(xiàn)和核心交換網(wǎng)板之間的標準化連接。采用這種結構的接口板模塊就可以采用非常靈活的結構，不管模塊上采用了什么樣的芯片結構，只要和交換網(wǎng)板之間采用了一片CrossBar芯片，就可以實現(xiàn)互相之間***互通。這種結構的好處有兩個方面：一方面接口板上的CrossBar芯片直接連接到兩個冗余的交換網(wǎng)板上，冗余切換是直接通過接口板上的CrossBar芯片完成，不需要其他部分的參與，因此可以實現(xiàn)極快的恢復速度從而實現(xiàn)極高的可靠性;另一方面CossBar把接口板上的任何類型的數(shù)據(jù)標準化了，從而使交換機中引入其他芯片技術成為可能。而采用這種結構的劣勢是成本相對較高。

◆軟件體系和硬件體系都具備全分布式轉(zhuǎn)發(fā)結構

在這種體系結構下，交換機在運行中每個接口模塊的軟件相對獨立，主控板軟件主要起到表項管理、同步等功能，各個模塊內(nèi)部的二、三、四層轉(zhuǎn)發(fā)不需要交換網(wǎng)板和主控板的參與，因此就使得模塊上運行特定功能的軟件成為可能。

◆在交換機中引入NP(網(wǎng)絡處理器)技術

NP芯片是介于CPU和ASIC之間的一種芯片，也是在CPU和ASIC之間取得的一種平衡的三層交換技術，同時具備了CPU的靈活性和ASIC的高性能。NP技術是目前在多業(yè)務融合環(huán)境下路由器采用的一種主要的芯片技術，解決了在多業(yè)務環(huán)境下的各種協(xié)議支持和轉(zhuǎn)發(fā)性能問題?，F(xiàn)在NP已經(jīng)在路由器、防火墻上廣泛使用。在前面所提到的兩個前提下，交換機引入NP技術成為可能，通過擴展含有NP芯片的模塊，實現(xiàn)了對擴展廣域網(wǎng)接口、防火墻功能模塊等特定功能的支持。如今對于融合的重視已經(jīng)明確地體現(xiàn)在各個主流供應商身上，Juniper斥巨資收購安全廠商NetScreen、思科收購IDS廠商Riverhead等事件都是這種融合趨勢下的產(chǎn)物。