1、数据通信 第四章 IP互联网主干、接入网,教师：孙国林 Email：,2,问题：,什么是局域网? 什么是广域网？,3,第四章 IP互联网主干、接入网,4.1 基于IP的网际互联 4.2 宽带IP的实现技术 4.3 主干网与接入网 4.4 第三层交换机,4,局域网(Local Area Network，LAN),局域网是指在某一区域内由多台计算机互联成的计算机组。 一般是方圆几千米以内 局域网是封闭型的，可以由办公室内的两台计算机组成，也可以由一个公司内的上千台计算机组成。,5,广域网(WAN，Wide Area Network),广域网也称远程网通常跨接很大的物理范围，所覆盖的范围从几十公里到
2、几千公里，它能连接多个城市或国家，或横跨几个洲并能提供远距离通信，形成国际性的远程网络,6,广域网(WAN，Wide Area Network),广域网的通信子网主要使用分组交换技术。广域网的通信子网可以利用公用分组交换网、卫星通信网和无线分组交换网，它将分布在不同地区的局域网或计算机系统互连起来，达到资源共享的目的。,7,4.1 基于IP的网际互联,计算机广域网的关键技术 IP协议IP地址数据组装/拆卸 基于IP的网际互联（IP为了互联而生！）,8,4.1 基于IP的网际互联,基于IP的互联示意图：,TCP,IP,以太网驱 动程序,TCP,IP,令牌环驱 动程序,令牌环,以太网驱 动程序,令
3、牌环驱 动程序,IP,TCP协议,IP协议,IP协议,以太网,9,4.1 基于IP的网际互联,现有的信息网络，无论是电信网、计算机通信网还是有线电视网都不能以其中某一网络为基础平台来传递所有的综合业务。随着IP的发展，人们才逐渐认识到这些网络终将汇集为统一的IP网络，即常说的“三网合一”。IP协议使得各种以IP为基础的业务都能在不同的网上实现互通，成为三大网络都能接受的通信协议。IP协议现在几乎成为信息网络的代名词，它终将成为当今世界各国极力推行的国家信息基础设施（NII）和全球信息基础设施（GII）的核心。,10,两个概念的区别,“网络互连”和“互联网”联系与区别？,11,4.1 基于IP的
4、网际互联,“互连”和“互联”两个术语的含义：“互连”强调的是“动作” ，“网络互连”含有进行连接的动作之意“互联”则侧重“状态” ， “互联网”则表示已经连接成型的网络状态。,12,4.1 基于IP的网际互联,通过网络互连可将各种网络参照一定的规范和使用一定的连接设备，构成一个在更大范围内运行的通信网络网络互连:利用互连设备及相关的技术和协议把两个或两个以上通信网络连接起来 目的是使一个网络上的用户能访问其它网络上的资源，使不同网络上的用户可以互相通信（交流信息），实现更大范围内的信息交流和资源共享。 本质是使信息在各种网络之间传送，即通信。 实质上是隐去了特定网络硬件的具体细节，提供了一种高
5、层的通信环境，其最终的目的是实现网络最大限度的互连,13,4.1 基于IP的网际互联,由于网络的结构不同，常见的网络互连有四种基本形式：LANLAN：局域网与局域网连接。 LANWAN：局域网与广域网连接。 WANWAN：广域网与广域网连接。 LANWANLAN：局域网通过广域网相互连接。,14,4.1 基于IP的网际互联,网络互连的4种基本方式如图所示。显然，四种形式可以共存于一个互联网之中。,15,4.1 基于IP的网际互联,互联网络是由大量异构网络通过路由器相互连接而成的，而互连是基于网络层的IP。IP能够使互连起来的许多网络终端彼此进行通信，因此，TCP/IP体系中的网络层常常称之为I
6、P层，也称为网际层。IP网络是以TCP/IP为基础的互联网络，已广泛应用于整个社会。IP技术所具有的最大优势在于它可以运行在任何介质和网络上，可以保证异种网络的互通,16,4.1 基于IP的网际互联,IP网络的互连互通时，应该从下面几个层面考虑： （1）网络体系结构的互通IP技术的核心是TCPIP协议，而该协议是一协议族，这里的所有协议都是建立在互联网协议参考模型基础之上，即一种五层协议模型。 非IP网络不同：是建立在其它网络协议参考模型容础上的，譬如OSI的七层协议参考模型， ITUT宽带技术ATM所采用的四层模型和IBM公司的SNA。 需要考虑是在不同网络体系结构之间的互连互通还是在相同网
7、络体系结构内部其它方面的互连互通。 IP电话的分组话音网络建设就是一种最好的IP网络互连互通实例,17,4.1 基于IP的网际互联,（2）网络互通在过去以话音为主的网络中，骨干网络技术主要是电路交换技术和面向连接的技术，因此各种非主流的边缘技术需要与主流的骨干网络技术互连互通，例如 PDH与SDH的互通，帧中继与ATM的互通等。通常网络基础设施的骨干部分一旦形成，边缘技术就开始与骨干技术互通。注意：网络互通是一种多层次、多方位的互通，例如，两种技术如何在物理层互通，如何在链路层互通，又如何在网络层互通。网络互通应该是谁适应谁的问题，例如是边缘设备主动适应核心设备，还是核心设备主动适配边缘设备。
8、,18,4.1 基于IP的网际互联,（3）业务互通 通信的目的是提供服务，因此在考虑电信网互通时，还应该考虑在用户或业务面的互通，控制面的互通和管理面的互通，即全方位的业务互通。业务互通是通信的目标，但由于通信媒体的多样性，因此业务互通中应该包括通信媒体之间的转换，如，话音媒体与文本媒体之间的转换，视频媒体与文本媒体之间的转换等。,19,4.1 基于IP的网际互联,前面是从网络功能上考虑IP网络的互连互通问题，深层的网络互连互通则需要从网络业务互通的性能方面来考虑从理论上讲各种网络在功能上一定是可以互连互通的，例如，现在的各种IP over X和X over IP技术，但是，网络建设和运营商是
9、否采用一种互连互通技术的关键应该是互连互通的性能，而不是功能,20,4.1 基于IP的网际互联,（4）网络业务的性能互通其具体的匹配指标包括速率、误码率、带宽波动和误码率波动等。强调在选取任何一种网络互连互通方案时，至少应该从功能互通和性能互通两个层面考虑这原则不仅适用于以IP技术为核心的网络互连互通，也适用于任何以其它核心技术为基础的网络,21,4.1 基于IP的网际互联,从本质上讲网络业务的互通问题是一种通信的透明性问题，即网络服务提供者或最终业务提供者看不到各种网络技术的不兼容性和不对称性，看到的只是一种端到端的透明逻辑传送能力 由于在网络结构、网络服务和网络业务方面的不对称问题，才需要
10、各种网络互通单元，即一种衔接转换机制对于以IP技术为核心的网络而言，不对称问题首先表现在传送方式上，传统的网络是电路交换，而IP技术是分组交换，这两种网络概念的基本冲突是所有IP网络互连互通的焦点。,22,4.1 基于IP的网际互联,（ 5）网络业务互通的对称性（续） 即使是采用分组交换技术，还会存在各种不同的连接模式冲突问题，如，面向连接方式和非连接方式之间的非对称性，业务内容（话音，数据和或视频）的不对称性。另一方面，管理体系的不对称性也十分明显。日前，由于技术相对过剩，解决任何一个问题的技术部至少有两种或两种以上，因此，最终的端到端网络一定是一个多种技术和业务的混合体。所以：网络的整体对
11、称性已不复存在，今后只有可能在局部找到对称性，更有甚者，有的技术业务本身就是一种非对称性的。,23,4.1 基于IP的网际互联,IP如何实现网际互联？主导性的内容提供方式把Internet看作一个计算机网络，甚至是一群相互连结的计算机网络都是不全面的。根据我们的观点，计算机网络只是简单的传载信息的媒体，而Internet的优越性和实用性则在于信息本身分布式路由允许任意地点任意组网 IP协议可将其它网络均作为下层传输网,24,4.1 基于IP的网际互联,IP互联网与数据通信的关系IP互联网的关键在于内容及应用WWW、即时通信、网络游戏、网络购物通信模式均是随机方式IP互联网下层可以使用数据通信的
12、任意模式电话网、以太网、GSM无线网SDH目前是所有网络的物理载体IP互联网对数据通信技术提出新的要求实时性、公平性、安全性,25,第四章 IP互联网主干、接入网,4.1 基于IP的网际互联 4.2 宽带IP的实现技术 4.3 主干网与接入网 4.4 第三层交换机,26,4.2 宽带IP的实现技术,传统IP网络结构及技术存在的问题：网络带宽、服务质量、业务支持、可扩展性、网络规模、网络性能及网络安全等。传统IP网所使用的IPv4协议 对实时业务、流量控制和安全性能支持不够; 不能实施复杂的路由选项，地址资源难以满足急剧增长的用户需求; 不具备多个选项来处理多种不同的多媒体应用程序，如流式视频或
13、视频会议等。IP网络亟待解决的问题就是宽带化、高速化。,27,4.2 宽带IP的实现技术,宽带IP网络是目前世界上最先进的网络构架平台之一宽带IP网特点： 有足够的带宽； 网络延时小，有利于多媒体应用的服务质量QoS保证； 具有良好的灵活性、易于扩充，接入方便； 使用和管理非常简单。其典型的网络结构如后图所示。,28,4.2 宽带IP的实现技术,宽带IP网络的网络结构,29,4.2 宽带IP的实现技术,实现IP网络高速化和宽带化的重要策略是建立宽广的IP高速通道，主要问题集中在网络层、数据链路层和物理层物理层采用光纤，为IP骨干网的首选介质; 网络层采用IP协议，无论传送数据或是语音、视频信号
14、，都可归结到IP数据包，再以IP格式进行传输; 问题集中到数据链路层的实现，即IP层与物理层之间采用何种传输方式？,30,4.2 宽带IP的实现技术（5）,实现IP网络高速化和宽带业务应用的基本体制有3种，即采用IP与ATM、SDH、WDM相结合的方式来解决传统Internet结构的缺陷。与之对应的技术有3种： IP over ATM融合了IP和ATM的技术特点； IP over SDH直接在SDH上传送IP业务，为IP业务提供了完善的支持，提高了传输效率； IP over DWDM采用高速路由交换机和DWDM技术，提高了网络带宽，全面支持不同速率、不同数据帧格式的业务,31,4.2 宽带IP
15、的实现技术（6）,IP具有网络结构简单、易于互联、扩展性好等优势，适合于传送数据业务，但不能提供有效的服务质量（QoS）保证ATM是ITU-T为宽带综合业务数字网制定的信息传递模式 是面向连接的网络技术，采取资源预定方式; 用虚电路逻辑连接后再通信。 端口速率高、吞吐量大、时延小。ATM和IP在各自的发展过程中都遇到了一些问题。,32,4.2 宽带IP的实现技术（7）,IP over ATM利用ATM速度快、容量大、多业务支持能力强的优点及IP简单、灵活、易扩充和统一性的特点，可以达到优势互补的目的。IP over ATM方案成为传统电信运营商构建宽带IP网的主要选择之一。对于已有完善的ATM
16、网的电信运营商，在ATM网上传送IP业务是不可避免的。 ATM以网络的形式支持IP，这可以大大提高IP网的性能，不但提高了传输效率，同时也缩短了传输时延，这就是IP over ATM。,33,4.2 宽带IP的实现技术（7）,1传统的IP over ATM （1）IP over ATM的概念是IP技术与ATM技术的结合，它是在IP路由器之间（或路由器与交换机之间）采用ATM网进行传输。 （2）IP over ATM的分层结构将IP数据报首先封装为ATM信元，以ATM信元的形式在信道中传输；或者再将ATM信元映射进SDH帧结构中传输。,34,4.2 宽带IP的实现技术（8）,（3） IP ove
17、r ATM的工作过程：将IP数据包在ATM层封装为ATM信元，数据以ATM信元的形式在信道中传输。当网络中的交换机接收到一个IP数据包时根据IP数据包的IP地址进行处理，按路由转发； 按计算的路由在ATM网上建立虚电路（VC）； 以后的数据包将在此VC上以直通方式传输，而不再经过路由器的地址解析处理，从而有效地解决了IP路由器的“瓶颈”问题，提高了IP数据包的交换速度。,35,4.2 宽带IP的实现技术（9）,IP与ATM技术相结合的主要难点：ATM是面向连接的技术，IP是无连接的技术，且两者都有自己的编址方案和选路规程，相互间的协调配合较复杂。IP与ATM技术揉合在一起有两类“揉合“的模式：
18、重叠模式和集成模式 重叠模式：将IP网络层协议重叠在ATM之上，即ATM网与现有的IP网重叠，将ATM网络作为传统TCP/IP网络体系中的传输子网； 集成模式：将IP路由器的智能性和管理性能集成到ATM交换中形成的一体化平台。ATM层被视为IP的对等层。在ATM的端点只需标识IP地址,而不需应用地址解析协议,36,4.2 宽带IP的实现技术（10）,（4）IP over ATM的优缺点 优点提高IP业务的服务质量，同时能够保障网络的高可靠性ATM技术本身能提供QoS保证，具有流量控制、带宽管理、拥塞控制功能以及故障恢复能力，这些是IP所缺乏的，因而IP与ATM技术的融合，也使IP具有了上述功能
19、。 适应于多业务，具有良好的网络可扩展能力，并能对其它几种网络协议如IPX等提供支持。,37,4.2 宽带IP的实现技术（11）,（4）IP over ATM的优缺点 缺点网络体系结构复杂，传输效率低，开销大； 不能够保证ATM实现最佳的传送IP业务，在ATM网络中存在着扩展性和优化路由的问题：由于传统的IP只工作在IP子网内，ATM路由协议并不知道IP业务的实际传送需求，如IP的QoS、多播等特性。MPLS技术相对解决了传统的IP over ATM的一些问题，是下一代最具有竞争力的通信网络技术,38,4.2 宽带IP的实现技术（12）,当骨干网承载的主要是IP业务时，采用IP over AT
20、M体系结构并无优势：ATM与其他技术相比并没有提高传输带宽的利用率 在面向连接的ATM网上传送无连接IP业务，会导致IP over ATM网络的体系结构复杂，设备成本高，管理困难。同时IP协议的简单性也被破坏。 转向了IP over SDH和IP over DWDM,39,4.2 宽带IP的实现技术（13）,2 IP over SDH（1） IP over SDH的概念把IP技术与SDH技术的结合，在IP路由器之间采用SDH网进行传输。即利用SDH标准的帧结构，同时利用点到点传送等的封装技术把IP业务进行封装，然后在SDH网中传输。（2） IP over SDH的分层结构将IP数据报通过点到点
21、协议（PPP）直接映射到SDH帧结构中，从而省去了中间的复杂的ATM层。,40,4.2 宽带IP的实现技术（14）,具体作法是：将IP数据报封装进PPP帧利用高级数据链路控制规程HDLC按照RFC1662的规定组帧按字节同步映射进SDH的虚容器中，再加上相应的SDH开销置入STM-N帧中。,IP over SDH的分层结构,41,4.2 宽带IP的实现技术（15）,（3）IP over SDH的优缺点 优点保留IP网络的无连接特性，简化了IP网络体系结构，提供更高的带宽利用率和数据传输效率：将IP数据报通过点到点协议直接映射到SDH帧，省掉了中间的ATM层；将IP网络技术建立在SDH传输平台上
22、,可以很容易地跨越地区和国界,兼容各种不同的技术和标准,实现网络互联；可以充分利用SDH技术的各种优点，如自动保护倒换，以防止链路故障而造成的网络停顿，保证网络的可靠性。适用于IP骨干网,42,4.2 宽带IP的实现技术（16）,（3）IP over SDH的优缺点 缺点不能像IP over ATM技术那样提供较好的服务质量保障；网络扩充性能较差，不如IP over ATM技术那样灵活；对大规模的网络，需处理庞大、复杂的路由表，而且路由表查找困难，路由信息占用较大的带宽；仅对IP业务提供良好的支持，不适于集数据、语音、图像等的多业务平台；尚不支持VPN（虚拟专用网络）和电路仿真。,43,4.2
23、 宽带IP的实现技术（17）,3IP over DWDM的概念与网络结构（1） IP over DWDM的概念实现IP数据报在多波长光路上的传输。首先在发送端对不同波长的光信号进行复用，然后将复用信号送入一根光纤中传输，在接收端再利用解复用器将各不同波长的光信号分开，送入相应的终端。（2）IP over DWDM分层结构,44,4.2 宽带IP的实现技术（18）,IP over DWDM省去了ATM层和SDH层，将IP数据包直接放到光路上进行传输。各层功能如下：IP层产生IP数据报，其协议包括IPv4、IPv6等；光适配层负责向不同的高层提供光通道，主要功能包括管理DWDM信道的建立和拆除，提
24、供光层的故障保护/恢复；DWDM光层包括光通道层、光复用段层和光传输段层： 光通道层负责为多种形式的用户提供端到端的透明传输 光复用段层负责提供同时使用多波长传输光信号的能力 光传输段层负责提供使用多种不同规格光纤来传输信号的能力,45,4.2 宽带IP的实现技术（19）,（3） IP over DWDM 优缺点简化了层次，减少了网络设备和功能重叠，从而减轻了网管复杂程度； 可充分利用光纤的带宽资源，极大地提高了带宽和相对的传输速率，传输速率最高； 技术还不十分成熟。,46,华为公司城域网方案举例（基于ATM）,47,问题,什么是城域网？ 什么是宽带IP城域网？,48,4.2 宽带IP的实现技
25、术（20）,城域网是指跨越多个地区、地段甚至城市的网络，可以看做大的局域网，也可以看成微型的广域网宽带IP城域网是一个以IP和SDH、ATM等技术为基础，集数据、语音、视频服务为一体的高带宽、多功能、多业务接入的城域多媒体通信网络。城域网的结构分为三层：核心层、汇聚层和接入层。宽带IP城域网的骨干传输技术指的是核心层和汇聚层的传输技术，主要有：IP over ATM、IP over SDH、IP over DWDM和千兆以太网等。,49,50,注：RTU包括ADSL-MODEM和分离器。宽带IP城域网分层结构示意图,51,4.2 宽带IP的实现技术（21）,1核心层作用：负责进行数据的快速转发
26、以及整个城域网路由表的维护，同时实现与IP广域骨干网的互联，提供城市的高速IP数据出口。设备：一般采用高端路由器。其网络结构核心节点间原则上采用网状或半网状连接,52,4.2 宽带IP的实现技术（22）,2汇聚层（1）功能 汇聚接入节点，解决接入节点到核心节点间光纤资源紧张的问题 实现接入用户的可管理性； 基本的数据转发业务； 能够提供带宽的控制、数据流QOS优先级的管理、安全性的控制、IP地址翻译NAT等功能。（2）典型设备有高中端路由器、三层交换机以及宽带接入服务器等。（3）网络结构核心层节点与汇聚层节点采用星形连接，在光纤数量可以保证的情况下每个汇聚层节点最好能够与两个核心层节点相连,5
27、3,注：RTU包括ADSL-MODEM和分离器。宽带IP城域网分层结构示意图,54,4.2 宽带IP的实现技术（23）,3接入层作用是负责提供各种类型用户的接入，在有需要时提供用户流量控制功能。,55,第四章 IP互联网主干、接入网,4.1 基于IP的网际互联 4.2 宽带IP的实现技术 4.3 主干网与接入网 4.4 第三层交换机,56,问题,什么是主干网？ 什么是接入网？ 有什么区别？,57,4.3 主干网与接入网（1）,主干网指省与省，国家与国家之间的网络，一般带宽10G左右。主干网是通过桥接器与路由器把不同的子网或LAN连接起来形成单个总线或环型拓扑结构，这种网通常采用光纤做主干线。主
28、干网可将同一座建筑物、校园环境中的不同建筑物或不同网络连接在一起。通常情况下，主干网的容量要大于与之相连的网络的容量。,58,4.3 主干网与接入网（1）,主干网是一种大型的传输网路，用于连接小型资源网络，并传送数据。在本地层面，主干网是一条或一组线路，提供本地网络与广域网的连接，或者提供本地局域网之间跨距离的有效传输。（例如，两栋大楼之间）。在互联网和其它广域网中，主干网是一组路径，提供本地网络或城域网之间的远距离连接。连接的点一般称为网络结点，或者通信数据转接交换,59,4.3 主干网与接入网（2）,主干网有两种类型:一种是分布式主干网,它贯穿于建筑物或校园,为局域网提供连接点:另一种是紧
29、缩主干网,它以网络集线器和交换机的形式存在。一个混合配置将几个紧缩主干网集线器或交换机与一个分布式主干网连接在一起,60,4.3 主干网与接入网（3）,主干网可以视为通信传输网上的第二层的网络服务，其任务是在两个网络层IP地址间送数据。 主干网可以提供高速的通信，IP互联的速度障碍主要集中在路由器第三层处理。 主干网基本实现全光纤化，本地流量的瓶颈理论上集中于接入网，当然由于资源一般位于远端，瓶颈也集中在路由器第三层处理。,61,62,4.3 主干网与接入网（4）,接入网描述现有互联网的用户网络部分，可以是局域网，也可以是一组用户链路。 IP地址不足产生了企业内网，其一般采用高速以太网技术DD
30、N（数字数据网）专线上网可以为用户提供点对点，点对多点的全数字、全透明的高质量数字专用传输通道,63,4.3 主干网与接入网（5）,有线接入网：铜线接入网、光纤接入网、混合光纤同轴接入网无线接入网：固定无线接入网、移动无线接入网。,64,4.3 主干网与接入网（6）,ISDN是以综合数字电话网(IDN)为基础发展而成的，能够提供端到端的数字连接。普通模拟电话网采用了数字传输和交换以后就变成IDN，但是在IDN中，从用户终端（比如电话机）到电话局交换机之间仍是模拟传输，需要配备调制解调器（Modem）才能传送数字信号。ISDN将从一个用户终端到另一个用户终端之间的传输全部数字化，包括了用户部分，
31、以数字形式统一处理各种业务，使用户可以获得数字化的优异性能。ADSL中文名称叫非对称数字用户线路，是一种通过普通电话线提供宽带数据业务的技术，以上、下行的传输速率不相等的DSL技术而得名。,65,4.3 主干网与接入网（7）,ADSL是DSL的一种非对称版本，它利用数字编码技术从现有铜质电话线上获取最大数据传输容量，同时又不干扰在同一条线上进行的常规话音服务。原因是它用电话话音传输以外的频率传输数据。即用户可以在上网“冲浪”的同时打电话或发送传真，而这将不会影响通话质量或降低下载Internet内容的速度。,66,4.3 主干网与接入网（8）,ADSL下行传输速率接近8Mbit/s，上行传输速
32、率接近640kbit/s，并且在同一对双绞线上可以同时传输上、下行数据信号和传统的模拟话音信号等。ADSL的技术的主要优点 可以充分利用现有铜线网络，只要在用户线路两端加装ADSL设备即可为用户提供服务。 ADSL设备随用随装，施工简单，节省时间，系统初期投资小。且ADSL设备拆装容易，方便用户转移，非常灵活。 ADSL设备采用先进的调制技术和数字处理技术，提供高速远程接收或发送信息，充分利用双绞线上的带宽。 在一对双绞线上可同时传输高速数据和普通电话业务,67,第四章 IP互联网主干、接入网,4.1 基于IP的网际互联 4.2 互联网的网络结构 4.3 主干网与接入网 4.4 第三层交换机,
33、68,网桥,网桥（Bridge）像一个聪明的中继器。中继器从一个网络电缆里接收信号， 放大它们，将其送入下一个电缆。相比较而言，网桥对从关卡上传下来的信息更敏锐一些。网桥将两个相似的网络连接起来，并对网络数据的流通进行管理。它工作于数据链路层，不但能扩展网络的距离或范围，而且可提高网络的性能、可靠性和安全性。网桥的功能在延长网络跨度上类似于中继器，然而它能提供智能化连接服务， 即根据帧的终点地址处于哪一网段来进行转发和滤除。网桥对站点所处网段的了解是靠“自学习”实现的。,69,网桥,网络1 和网络2 通过网桥连接后，网桥接收网络1 发送的数据包，检查数据包中的地址，如果地址属于网络1 ，它就将
34、其放弃，相反，如果是网络2 的地址，它就继续发送给网络2.,70,4.4 第三层交换机（1）,传统的局域网交换机是从网桥发展来的，属于第二层设备。第二层交换机是一个可以将发信方源地址与收信方目的地址连接起来的网络设备，该设备可以根据数据单元中的头信息，将来自一个或多个输入端口的信元或帧移动到一个或多个输出端口，完成信息发送过程的交换。,71,4.4 第三层交换机（1）,第二层交换机只将数据帧传递到相应的端口，如果交换表中没有目的地址的记录，它就只能以广播的方式发往所有端口 第二层交换机的最大好处是数据传输快，因为它仅需要识别数据帧中的MAC地址，而直接根据MAC地址产生选择转发端口的算法又十分
35、简单，非常便于采用ASIC芯片实现。,72,4.4 第三层交换机（2）,传统的路由器属于第三层设备，它是根据IP地址寻址和通过路由表路由协议来实现路由功能的。在局域网中的作用主要是路由转发、网络安全和隔离广播等，即在完成子网的网间连接的同时，还可以隔离子网间的广播风暴，可以控制一个网络非法信息进入到另一个网络中。在路由转发中，路由器普遍采用的技术是最长匹配方式，而该方式实现起来非常复杂，所以只能利用软件来完成，自然会对网络带来一定的延迟。,73,4.4 第三层交换机（3）,传统交换机是同一网络系统中主机之间端口连接的网络设备传统路由器是同类或异类网络系统中各子网之间连接的网络设备。第三层交换机
36、是将传统交换器与传统路由器结合起来的网络设备，它既可以完成传统交换机的端口交换功能，又可完成部分路由器的路由功能。第三层交换机不仅使第二层与第三层相互关联起来，而且还提供流量优先化处理、安全以及多种其它的灵活功能，如trunking(链路聚集)，虚拟网和Intranet的动态部署 三层交换技术就是“二层交换技术 + 三层转发”,74,注：RTU包括ADSL-MODEM和分离器。宽带IP城域网分层结构示意图,75,4.4 第三层交换机（4）,第三层交换机的工作原理 ：当某一信息源的第一个数据流进入第三层交换机后，其中的路由系统将会产生一个MAC地址与IP地址映射表，并将该表存储起来 当同一信息源
37、的后续数据流再次进入第三层交换机时，交换机将根据第一次产生并保存的地址映射表，直接从第二层由源地址传输到目的地址，而不再需要经过第三层路由系统处理 从而消除了路由选择时造成的网络延迟，提高了数据包的转发效率，解决了网间传输信息时路由产生的速率瓶颈。 第三层交换的目标：在源地址和目的地址之间建立一条更为直接快捷的第二层通路，不必经过路由器来转发同一信息的每个数据包。,76,4.4 第三层交换机（5）,问题：既然第三层交换机能实现路由器的功能，那么它会不会取代路由器?,77,4.4 第三层交换机（6）,不管是第二层交换机还是第三层交换机，终究总属于网桥类，是数据链路层的设备，第三层交换也只是实现路
38、由器的部份第三层路由功能，使其具有高速转发报文能力。因此，它们都只用于LAN-WAN的连接。路由器则能用于WAN-WAN之间的连接，作用于网络层中的分组交换设备，具有协议交换能力，主要功能是可以解决异构网络之间的数据包的分组转发，这种分组转发原理只是从一条线路上接受输入分组，然后向另一条线路转发，这两条线路可能分属于不同拓扑网络，并采用不同协议，这点又是第三层交换机无法做到的，也是与路由器的主要区别。,78,4.4 第三层交换机（7）,第三层交换机非常适应局域网，第三层交换机无法适应网络拓扑各异，传输协议不同的广域网环境。路由器可在广域网中尽显英雄本色。传统的路由器在一段时间内还会得以应用，但
39、它将处于其力所能及的位置，那就是处于网络的边缘，去作速度受限的广域网互联、安全控制(防火墙)、专用协议的异构网络互连等。 但近年来，随着第三层交换技术的不断发展与创新，第三层交换机的应用已从企业网络环境的骨干层、汇聚层，开始渗透到网络边缘接入层，尤其是小区宽带网络的发展，第三层交换机完全适合放置在小区中心和多个小区的汇聚层位置。,79,4.4 第三层交换机（7）,第三层交换机虽然无法替代路由器，但却完全动摇了企业路由器的地位，即在企业内联网络系统，第三层交换机正在取代路由器。如果认为第三层交换机就是路由器，那也应称作超高速反传统路由器，因为第三层交换机没做任何“拆打”数据封包的工作，所有路过他
40、的封包都不会被修改并以交换的速度传到目的地。,80,4.4 第三层交换机（8）,第三层交换机的应用领域 普遍应用于企业网络中的第三层交换技术，主要是VLAN（Virtual LAN，虚拟局域网）因为VLAN打破了传统网络许多固有观念，可使网络结构更加灵活、多变、方便和随心所欲。,81,4.4 第三层交换机（8）,VLAN：不需考虑用户的物理位置，而根据信息端的IP地址、用户名等直接与用户联系的特定标志及应用因素就可将用户在逻辑上划分为一个个功能相对独立的工作组，且每个用户主机都连接在一个支持VLAN的交换机端口上，并属于一个VLAN。同一个VLAN中的成员都共享广播，不同VLAN之间的广播信息
41、是相互隔离的。这就相当于将整个网络分割成了多个不同的广播域，从而加强了企业内联网络的管理与维护。第三层交换机最适合于那些无需远程接入或以远程接入为辅的企业内联网络，或者大部分子网系统集中，而只有部分远程接入子网的企业内联网络。,82,4.4 第三层交换机（9）,三层交换从概念的提出到今天的普及应用，虽然只历经了几年的时间，但其在网络建设中的应用越来越广泛，从最初骨干层、中间的汇聚层一直渗透到边缘的接入层。三层交换机以其速度快、性能好、价格低等众多的优势已经把路由器排挤到网络的“边缘”。凡是没有广域网连接需求，同时又需要路由器的地方，都可以用三层交换机代替。随着ASIC硬件芯片技术的发展和实际应用的推广，三层交换的技术与产品会得到进一步发展。,83,作 业,比较网络设备：中继器、集线器、网桥、交换机和路由器？（位于哪层、功能、应用场合）,
