全面分析三层交换技术产生到发展历程

在局域网和广域网融合的趋势下，城域网正在规模兴起，在电子政务网、教育科研网、宽带城域网领域，VPN等业务正在从骨干向汇聚转移。

随着以太网交换机芯片技术的发展和汇聚层设备性能的提高，尤其是融合特性核心交换机的出现，原先主要由骨干设备提供的MPLSVPN业务逐渐由汇聚层以太网交换机来提供。最初采用骨干设备提供该项业务的主要原因是因为汇聚层设备的性能不足，而现在汇聚层以太网交换机的性能已经超过了原来的骨干设备;从业务提供方面来看，汇聚层设备较骨干设备多，更接近用户，提供业务更方便;从网络的可靠性来看，骨干设备由于其特殊位置，应向着功能专一化和简单化以及高性能的方向发展，而汇聚层设备则要同时兼顾性能和多业务支持能力。这种趋势要求核心交换机支持完善的路由、交换特性，最终的设备形态就是一个集路由器、交换机一体化的设备，这样才能真正满足这个市场的需求。

更强更丰富的网络监控和管理能力

更强更丰富的网络监控和管理能力是有效转发的基础。基于SNMP的网络管理已经成为业界的共识，通过RMON功能可以实现对设备的运行状态、转发性能进行远程分析和监控。但管理这些设备在现有的网络环境下是远远不够的，还需要对交换机上运行的业务进行细致的管理，比如MPLSVPN业务的网络管理。还需要对交换机上所接入的用户进行管理，比如针对具体的端口或者IP地址的流量进行统计和管理。进行全面的流量分析的另一个要求是将流量镜像到探针或协议分析器中的能力，通过智能镜像功能可以将所有流量从某个端口或VLAN发送到用户指定的端口中以进行深入分析，然后经过管理中心判断之后，再确定对业务中的某个端口进行相应的操作，实现交换机和IDS、流量分析仪等其他设备之间的联动。通过对数据流提供强有力的管理手段和强大的分析监控能力，保证交换机上所有业务的有效转发。

市场情况分析

以下是计世资讯对2003年交换机市场的统计。说明：高端交换机的背板带宽为30Gbps以上的机架式交换机，这类交换机一般都是三层或三层以上的交换机;中端交换机的背板带宽介于8Gbps与 30Gbps之间的盒式交换机，这类交换机有部分是三层交换机;低端交换机的背板带宽一般小于8Gbps接入层二层盒式交换机。高端交换机一般用于电信市场及部分信息化程度较高的非电信市场，中低端交换机则广泛应用于电信及非电信市场。

从以上的数据中可以看出，三层交换机在整体交换机市场中的销售占大半份额，整体销售金额方面略有上升;从端口数量上来说，三层及三层以上交换机的整体份额呈快速下降趋势，主要是源于近年来SOHO市场的兴起，但整体市场规模依然在上升。在价格方面，三层交换机产品的价格一般至少都在1万元以上。三层交换机产品的价格在不断下降。一方面，随着交换机价格的下降，产品的性价比不断提高;另一方面，以上数据也反映出了用户对交换机价格变化的预期。

三层交换技术

1.核心交换机的CrossBar技术

随着核心交换机的交换容量从几十个Gbps发展到今天的几百Gbps，核心交换机也从共享总线、共享内存的方式发展到今天的CrossBar结构。CrossBar(即CrossPoint)被称为交叉开关矩阵或纵横式交换矩阵。它能很好地弥补共享内存模式的一些不足。其优势表现在以下几个方面：

首先，CrossBar的实现相对简单。共享交换架构中的线路卡到交换结构的物理连接简化为点到点连接，实现起来更加方便，从而更加容易保证大容量交换机的稳定性。

其次，CrossBar内部无阻塞。一个CrossBar的示意图如图所示，只要同时闭合多个交叉节点(CrossPoint)，多个不同的端口就可以同时传输数据。从这个意义上，我们认为所有的CrossBar在内部是无阻塞的，因为它可以支持所有端口同时线速交换数据。

在支持CrossBar技术的三层交换机中，一般采用了两类三层交换芯片：一类是可以出千兆、百兆端口的交换芯片;一类是仅仅出内部高速接口(往往是10G以上的速率)的CrossBar芯片，用于各个模块之间的互联。目前思科、Extreme、网捷网络、港湾网络等厂商都推出了基于CrossBar的核心交换机产品，但市场上也有很多内部仍然采用千兆端口互联的产品，主要是面向对性能要求一般、价格比较敏感的用户群体。

2.基于硬件线速的访问控制

随着网络中用户数量的增多，用户需要对MAC地址、IP地址、TCP/UDP端口号等信息进行控制，从而实现了严格限制局域网资源的访问，同时也用这个功能限制局域网用户对网络设备自身的访问。特别是最近一两年侵占和威胁网络资源的网络病毒的出现，极大地影响了三层交换机的稳定性，通过上述控制功能，在有效控制了用户业务的同时，也有效地保护了自身的安全和可靠性。此时三层交换机也就发展为"智能多层交换机"，主要就是具备了以上的控制功能。这种交换机的交换芯片支持一次处理64字节以上的内容，所以可以直接一次处理以太网帧MAC地址头、IP包头、TCP/UDP包头，从而实现了2～4层的基于硬件线速访问控制。还有一些智能控制功能如802.1X认证协议的支持，通过对RADIUS等AAA协议的扩展，达到对用户更加严格的控制。

3.端到端QoS技术

ASIC技术的高速发展使低端设备具备强大的QoS能力成为可能，网络的QoS开始从集中保证逐渐向端到端保证过渡。现在，网络边缘设备已经可以根据端口、MAC地址、VLAN信息、IP地址甚至更高层的信息来识别应用类型，为数据包打上优先级标记(如修改IEEE802.1p或IPDiffServ域)，核心设备不用对应用进行识别，只需根据IPDiffServ和IEEE802.1P进行交换，并提供服务质量即可。这种智能的QoS功能也是基于芯片的64字节以上的处理深度发展起来的。

4.更丰富的协议支持

现在的智能多层交换机除了支持普通的二层协议之外，还支持BGP、IS-IS等丰富的路由协议，以及PIM组播路由协议、VRRP冗余备份协议等多种2～4 层的协议。Extreme、港湾等厂商甚至推出了在以太网上支持50ms切换电信级环网技术的相关协议，使得三层交换机可以应用在更加复杂、要求更高的环境中。

后记

从最初的仅仅为了解决广播域问题而设计的设备，到成为构建多业务融合网络的主要力量，三层交换技术及三层交换设备取得了长足的发展。这些技术的发展必将在更深层次上推动整个社会的信息化变革，在整个网络中获得越来越重要的地位。

除了上述一些技术变化之外，三层交换机还支持三层端口汇聚技术、NTP(网络时钟协议)等功能，在这里就不一一详述。随着三层交换及相关技术的发展，三层交换机产品也有了很大的细分，根据功能不同可以分为盒式百兆三层交换机、全千兆盒式三层交换机、机架式模块化三层交换机，以满足不同网络未来的需求。
编辑：小宇