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IP交換技術(shù)論文姓名：劉禮楠學(xué)號(hào)：20111060228班級(jí)：通信工程摘要由于互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的快速擴(kuò)展、多媒體和實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的涌現(xiàn)，IP交換技術(shù)越來(lái)越受到人們的關(guān)注，因?yàn)樗鼘⒕W(wǎng)絡(luò)交換機(jī)的高速性和路由器的靈活性結(jié)合起來(lái)，通過(guò)將第二層交換引入到第三層路由當(dāng)中可以很好地改善路由，解決了傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)時(shí)不能保證服務(wù)質(zhì)量的問(wèn)題，并且克服了傳統(tǒng)路由器包轉(zhuǎn)發(fā)速度太慢造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問(wèn)題。文中依次IP交換的概述，IP交換的技術(shù)特點(diǎn)，以及在當(dāng)今的發(fā)展與應(yīng)用。關(guān)鍵詞：IP交換技術(shù)，ATM技術(shù)，VLAN，三層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概述總所周知，IP是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接進(jìn)行通信而設(shè)計(jì)的協(xié)議。在因特網(wǎng)中，它是能使連接到網(wǎng)上的所有計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互通信的一套規(guī)則，規(guī)定了計(jì)算機(jī)在因特網(wǎng)上進(jìn)行通信時(shí)應(yīng)當(dāng)遵守的規(guī)則。任何廠家生產(chǎn)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，只要遵守 IP協(xié)議就可以與因特網(wǎng)互連互通。IP技術(shù)與ATM技術(shù)的融合-IP交換技術(shù)最初由Ipsilon公司于1996年提出，相對(duì)于傳統(tǒng)交換概念，也稱為第三層交換技術(shù)、多層交換技術(shù)、高速路由技術(shù)等。我們知道，傳統(tǒng)的交換技術(shù)是在OSI網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)模型中的第二層（數(shù)據(jù)鏈路層）進(jìn)行操作的，而多層交換技術(shù)是在網(wǎng)絡(luò)模型中的第三層實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包的高速轉(zhuǎn)發(fā)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是一種利用第三層協(xié)議中的信息來(lái)加強(qiáng)第二層交換功能的機(jī)制。多層交換技術(shù)的出現(xiàn)，解決了局域網(wǎng)中網(wǎng)段劃分之后，網(wǎng)段中子網(wǎng)必須依賴路由器進(jìn)行管理的局面，解決了傳統(tǒng)路由器因低速、復(fù)雜所造成的網(wǎng)絡(luò)瓶頸問(wèn)題。當(dāng)然，多層交換技術(shù)并不是網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與路由器的簡(jiǎn)單堆疊，而是二者的有機(jī)結(jié)合，形成一個(gè)集成的、完整的解決方案。技術(shù)特點(diǎn)IP交換的目標(biāo)是，只要在源地址和目的地址之間有一條更為直接的第二層通路，就沒(méi)有必要經(jīng)過(guò)路由器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。IP交換使用第三層路由協(xié)議確定傳送路徑，此路徑可以只用一次，也可以存儲(chǔ)起來(lái)，供以后使用。之后數(shù)據(jù)包通過(guò)一條虛電路繞過(guò)路由器快速發(fā)送。傳統(tǒng)的路由技術(shù)在每個(gè)交叉口都要計(jì)算一下，下一步往哪個(gè)方向走。IP交換技術(shù)則像直通車，只須一開(kāi)始知道目的地是哪里就行了。三層交換與VLAN融合VLAN即虛擬局域網(wǎng)，是一種通過(guò)將局域網(wǎng)內(nèi)的設(shè)備邏輯地而不是物理地劃分成一個(gè)個(gè)不同的網(wǎng)段，從而實(shí)現(xiàn)虛擬工作組的技術(shù)。它不受網(wǎng)絡(luò)用戶的物理位置限制，而是根據(jù)用戶需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分段。IEEE于1999年頒布了用以標(biāo)準(zhǔn)化VLAN實(shí)現(xiàn)方案的802.1q協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)草案。不同VLAN之間的數(shù)據(jù)傳輸是通過(guò)第三層（網(wǎng)絡(luò)層）的路由來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，使用VLAN技術(shù)，結(jié)合數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層的交換設(shè)備，可搭建安全可靠的網(wǎng)絡(luò)。劃分VLAN的目的：一是提高網(wǎng)絡(luò)安全性，不同VLAN的數(shù)據(jù)不能自由交流，需要接受第三層的檢驗(yàn)，因此，在一定程度上加強(qiáng)了虛網(wǎng)間的隔離，有效防止外部用戶入侵，提高了安全性。二是隔離廣播信息，劃分VLAN后，廣播域縮小，有利于改善網(wǎng)絡(luò)性能，能夠?qū)V播風(fēng)暴控制在一個(gè)VLAN內(nèi)部，同時(shí)使網(wǎng)絡(luò)管理趨于簡(jiǎn)單。三是增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的靈活性，VLAN是在一個(gè)有多臺(tái)交換機(jī)的局域網(wǎng)中統(tǒng)一設(shè)定的，這使得用戶可以不受所連交換機(jī)的限制，不論用戶節(jié)點(diǎn)移動(dòng)到局域網(wǎng)中哪一臺(tái)交換機(jī)上，只要仍屬于原來(lái)的虛網(wǎng)，則應(yīng)用環(huán)境沒(méi)有任何改變。在劃分VLAN時(shí)，要考慮VLAN對(duì)于網(wǎng)絡(luò)流量的影響，單個(gè)VLAN不宜過(guò)大。層次化架構(gòu)三層網(wǎng)絡(luò)三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用層次化模型設(shè)計(jì)，即將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)分成幾個(gè)層次，每個(gè)層次著重于某些特定的功能，這樣就能夠使一個(gè)復(fù)雜的大問(wèn)題變成許多簡(jiǎn)單的小問(wèn)題。三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)有三個(gè)層次：核心層（網(wǎng)絡(luò)的高速交換主干）、匯聚層（提供基于策略的連接）、接入層（將工作站接入網(wǎng)絡(luò)）。核心層是網(wǎng)絡(luò)的高速交換主干，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的連通起到至關(guān)重要的作用。核心層應(yīng)該具有如下幾個(gè)特性：可靠性、高效性、冗余性、容錯(cuò)性、可管理性、適應(yīng)性、低延時(shí)性等。在核心層中，應(yīng)該采用高帶寬的千兆以上交換機(jī)。因?yàn)楹诵膶邮蔷W(wǎng)絡(luò)的樞紐中心，重要性突出。核心層設(shè)備采用雙機(jī)冗余熱備份是非常必要的，也可以使用負(fù)載均衡功能，來(lái)改善網(wǎng)絡(luò)性能。匯聚層是網(wǎng)絡(luò)接入層和核心層的“中介”，就是在工作站接入核心層前先做匯聚，以減輕核心層設(shè)備的負(fù)荷。匯聚層具有實(shí)施策略、安全、工作組接入、虛擬局域網(wǎng)（VLAN）之間的路由、源地址或目的地址過(guò)濾等多種功能。在匯聚層中，應(yīng)該采用支持三層交換技術(shù)和VLAN的交換機(jī)，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)隔離和分段的目的。接入層向本地網(wǎng)段提供工作站接入。在接入層中，減少同一網(wǎng)段的工作站數(shù)量，能夠向工作組提供高速帶寬。接入層可以選擇不支持VLAN和三層交換技術(shù)的普通交換機(jī)。技術(shù)的發(fā)展80年代初，LAN被廣泛應(yīng)用于企業(yè)網(wǎng)和校園網(wǎng)，隨著用戶的劇增和信息量的驟長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)管理員就開(kāi)始面臨網(wǎng)絡(luò)阻塞的問(wèn)題。怎樣減少網(wǎng)絡(luò)堵塞、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)且擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)吞吐量，網(wǎng)絡(luò)分段是當(dāng)時(shí)的第一選擇。LAN交換提供了新的帶寬，擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)的功能，隨之也帶來(lái)了一些新的問(wèn)題。它與傳統(tǒng)網(wǎng)橋一樣易出現(xiàn)廣播風(fēng)暴及安全性問(wèn)題。雖然交換網(wǎng)僅是等待出現(xiàn)廣播風(fēng)暴，利用VLAN可以避免，但是VLAN的實(shí)現(xiàn)需路由器，因此，快速路由器技術(shù)在交換領(lǐng)域內(nèi)引起了廣泛的興趣。首先是Ipsilon公司提IP交換（IP Switching），將一個(gè)IP路由處理器捆綁在一個(gè)ATM交換機(jī)上，去除交換機(jī)所有的ATM論壇信令和路由協(xié)議，這樣的一個(gè)結(jié)構(gòu)我們可稱之為IP交換機(jī)。推動(dòng)IP交換技術(shù)發(fā)展的動(dòng)力主要來(lái)自兩個(gè)方面。一是傳輸鏈路的帶寬越來(lái)越高，路由器實(shí)現(xiàn)線速轉(zhuǎn)發(fā)的難度越來(lái)越大；二是用戶對(duì)ISP網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)功能要求越來(lái)越高，隨著新的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用不斷開(kāi)發(fā)，互聯(lián)網(wǎng)不再是簡(jiǎn)單的連通工具，類似視頻、音頻傳輸?shù)刃碌膽?yīng)用服務(wù)功能，面對(duì)這些需求必須創(chuàng)造出一種全新的路由技術(shù)，這就是IP交換技術(shù)。傳統(tǒng)的路由查找過(guò)程是對(duì)報(bào)文的目的IP進(jìn)行最長(zhǎng)匹配。為了完成最長(zhǎng)匹配，必須用報(bào)文的目的IP地址匹配路由表中所有的項(xiàng)目，這一過(guò)程相當(dāng)費(fèi)時(shí)。提高路由器轉(zhuǎn)發(fā)速率的唯一途徑是用精確匹配來(lái)取代最長(zhǎng)匹配，用類似虛電路標(biāo)識(shí)符（VCL）這樣的字段來(lái)精確地描述IP路由，這就是多協(xié)議標(biāo)簽技術(shù)（MPLS）的由來(lái)。將交換技術(shù)引入網(wǎng)絡(luò)層，產(chǎn)生了全新的ISP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)IP交換網(wǎng)。技術(shù)的應(yīng)用目前主要的IP交換技術(shù)有：IpsilonIP交換：改進(jìn)ATM交換機(jī)，去除ATM控制器中的信令和協(xié)議，加上IP交換控制器，與ATM交換機(jī)通信。該技術(shù)適用于機(jī)構(gòu)內(nèi)部的LAN和校園網(wǎng)。Cisco標(biāo)簽交換：給數(shù)據(jù)包貼上標(biāo)簽，此標(biāo)簽在交換節(jié)點(diǎn)讀出，判斷包傳送路徑。該技術(shù)適用于大型網(wǎng)絡(luò)和Internet。3Com快速IP交換(Fast IP)：側(cè)重?cái)?shù)據(jù)策略管理、優(yōu)先原則和服務(wù)質(zhì)量。Fast IP協(xié)議保證實(shí)時(shí)音頻或視頻數(shù)據(jù)流能得到所需的帶寬。Fast IP支持其它協(xié)議(如IPX)，可以運(yùn)行在除ATM外的其它交換環(huán)境中?？蛻魴C(jī)需要有設(shè)置優(yōu)先等級(jí)的軟件。IBM聚類基于路由的IP交換ARIS(Aggregate Routebased IP Switching)：與Cisco的標(biāo)簽交換技術(shù)相似，包上附上標(biāo)記，借以穿越交換網(wǎng)。ARIS一般用于ATM網(wǎng)，也可擴(kuò)展到其它交換技術(shù)。邊界設(shè)備是進(jìn)入ATM交換環(huán)境的入口，含有第三層路由映射到第二層虛電路的路由表。允許ATM網(wǎng)同一端兩臺(tái)以上的計(jì)算機(jī)通過(guò)一條虛電路發(fā)送數(shù)據(jù)，從而減少網(wǎng)絡(luò)流量?；贏TM的多協(xié)議MPOA(MultiProtocol Over ATM)：ATM論壇提出的一種規(guī)范。經(jīng)源客戶機(jī)請(qǐng)求，路由服務(wù)器執(zhí)行路由計(jì)算后給出最佳傳輸路徑。然后建立一條交換虛電路，即可越過(guò)子網(wǎng)邊界，不用再做路由選擇。總結(jié)IP實(shí)際上已經(jīng)成為了網(wǎng)際互連上的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，而幾乎所有新的應(yīng)用程序、以及現(xiàn)有的許多應(yīng)用程序，都是在IP網(wǎng)絡(luò)上編寫(xiě)并運(yùn)行。IP在任何平臺(tái)上都得到支持，已被證明是非常穩(wěn)定、具有很強(qiáng)可擴(kuò)展性的協(xié)議。