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发展中的交换技术
交换技术背景知识
要了解交换技术，就必须先对“开放系统互连参考模型（OSI／RM）”有比较清楚
的认识，它是国际标准网络体系结构，是一个七层模型。该模型包括七层功能及其对
应的协议，每层完成一个明确定义的功能集合，并按协议相互通信。每层向上层提供
所需服务，同时为了完成本层协议也要使用下层提供的服务。七个层次由下向上依次
是：物理层、数据链路层、网络层、传送层、会话层、表示层与应用层。目前的交换
技术的应用平台就是数据链路层（第二层）、网络层（第三层）和传送层（第四层）。
下面就对这三层的相关知识作简要介绍：
数据链路是构成逻辑信道的一段“点对点”式数据通路，建立在物理信道的基础
上，具有它自己的数据传输格式（帧）和传输控制功能。主要功能是对高层屏蔽传输
介质的物理特性，保证两个连接接点（共享一条物理信道）间的无错数据传输，给上
层提供无错的信道服务。简单说，数据链路层为两个通信实体间提供建立、维持和拆
除一条或多条数据链路所必须的功能和过程。它遵循HDLC（高级数据链路控制）规程。
网络层为进网报文提供具体的逻辑信道（虚拟线路），并控制子网有效地运行，
可提供建立、保持和释放连接的手段，包括路由选择、流量控制、传输确认等，从而
保证传输层实体之间进行透明地数据传输。它遵循X.21协议标准。
传送层的主要功能是为两个用户进程之间建立、管理和删除端对端连接通路，使
之可靠而有效。这种连接是从发送主机一端穿过通信子网到达另一主机端的一条虚拟
通道。这条虚拟通道可能由一条或多条逻辑信道组成。传送层为会活层提供进程间连
接的接口和服务，它利用通信子网的功能，同时又与之相独立。
根据上面所讲的OSI／RM模型产生了许多种标准网络架构，交换技术就是伴随着网
络体系结构的发展而迅速发展起来的，它可以实现在网络站点间转发数据，是面向连
接的数据传输，因而一经出现就成为极为重要的网络技术之一。
交换技术思想基础
交换技术是现代数据通信的重要手段，它源自这样一种思想基础：
现代通信系统建立在多点之间，构成了我们常见的通信网络。
在这一背景下，产生了交换（switching）技术，又称转接。其思路是建立一个交
换中心，设置一部或多部交换机，将信息在用户点间进行转移，这样可以大大减少用
户点数，使键路数N减小。
交换技术发展历程
交换技术发端于1993年，当时的交换机运行在数据链路层，因此被称为第二层交
换机。它可以访问MAC（介质访问层）地址，作出帧转发的决策，同时构筑自己的转发
表。第二层交换机的应用使网络带宽得以提高，并为传输图象音频等信号提供了技术
基础。但是随着网络日新月异的发展，多协议网络成为主流，对多个子网的连接成为
十分普遍的现象，第二层交换机难以满足网络对功能的要求。在这种情况下，多协议
路由器成为构筑高级网络的主要数据转发工具，但它所造成的速度瓶颈及昂贵的价格
也令人头疼。
到了1997年，情况开始发生变化，路由交换机出现了，它引进了对第二层帧处理
进行优化的ASIC专用集成电路，可以根据一台外部路由器所创建的路由表以线速传输
IP信息流，同时，传统路由器的使用使传统协议得到支持，路由速度有了较大的提高。
不久以后，真正意义上的第三层交换机推出了，它被靠近客户机布置，能提供刻度级
的流量模式控制，并使数据传输速度明显提高，同时它还支持多种路由协议。在其新
的ASIC中内置了帧处理器，可以完成网络层的部分功能，使ASIC更加灵活、易扩展。
近一年多来，第四层交换机也在蓄势待发，它拟采用传送层信息作出转发决策，
根据端口号构造转发数据库，预计它会在要求资源平衡的网络中发挥作用。通过它可
以对各个服务器的转发表进行编程，通过动态地分配这些基干网络运行的转发表，服
务器可以更有效地进行伸缩。但是，真正意义上的第四层交换机在市场上还难觅踪迹。
交换技术对网络的发展具有巨大的推动作用，也为其他网络技术的出现奠定了基
础，以VLAN技术为例。VLAN是一种极为有用的技术，它可以帮助工作站突破物理位置
约束，根据需要灵活地加入不同的逻辑子网。这样一来，不但解决了各工作站共享传
输信道所造成的第二层的信道冲突和第三层的广播风暴问题，而且解放了网桥和路由
器，赋予网络灵活性。VLA技术的实现在很大程度上应归功于交换技术，是它使灵活
划分逻辑子网成为可能。其他一些新兴网络技术也往往与交换技术发生联系。
新型交换技术特点
面向明天的交换技术
由于网络对速度的不懈追求，千兆位以太网开始成为许多单位扩充网络的首选，
这就给交换机提出了兼容性问题；同时，FDDI主干网的广泛引人及ATM技术的迅猛发
展，也对交换机提出了一些新的要求，比如要求交换机要支持MPOA（Multi－protocol
over ATM）协议等。
另外，某些旧有的网络仅适应某种单一技术，在情况发生变化时，比如原有网络
要扩容，或要架立新网络，这时，会因要解决兼容性问题而额外支出成本。为了减小
支出，要求交换系统应该能保证原有网络可以与新网无缝连接，并允许采用PPP、帧
中继及ATM等技术。
在这种形势下，交换技术也相应发生了一些变化。高速第三层交换机正在替代基
于软件的路由器，因为后者太慢，不能有效支持新的负载。而前者可提供负载平衡，
及自动再路由。
而且，更加新型的交换技术也开始浮出水面。新的交换系统包含第二层交换、第
三层交换和任何一对一的交换。它的功能十分强大。举个例子：
如果农民不小心铲断了你的电缆，肯定会使你大为恼火，因为这样—来，你首先
要投入资金重建网络；其次，你还有可能会丧失一些重要的商业机会。但新的交换系
统使你可以建立一个数据网，轻松跳过这些变故的影响。新交换系统结合强大的千兆
网及ATM核心交换与路由，可以实现对于一整套安全设施的管理，包括在业界广为采
用的VPNS（虚拟专用网）。这种交换系统采用边际交换，使成本更低。总之，它不但
可以为你带来成本的节约、快速建立网络、充分利用现有设备投资等优点，而且可以
实现多种网络的交换，包括：以太网交换，快速以太网交换，千兆以太网交换，令牌
环交换，FDDI交换，局域网到ATM的交换，以及POS系统的交换等。另外，它还能帮助
实现ISDN的接入，对主干网的接力访问等。简直可以说是神通广大。
新型交换技术的雏形
虽然网络世界的飞速发展不断使一些“新”事物老去，但对新型交换技术的观察
仍然有助于我们开阔视野，酝酿下一次突破。从当前的实际情况看，新型交换技术的
主要特点包括：
*整合了多种交换设备
为了解决整合性问题，采用IEEE802.1Q虚拟局域网划分标准，可配置单交换机、
交换机堆栈或一组通过标准电缆相连的交换机的虚拟局域网Vlan（VirtUalLan）。可
跨多种交换机、任何工作站或服务器，支持接口集合。
*整合了多媒体功能
新一代交换机将声音、视频与数据整合为一体，使成本大幅降低，实现声音、视
频及数据的电路仿真。
*增加了交换网的智能
智能化使交换网在辅助企业管理中起更大的作用。可以收集动态变化的信息，自
动翻译IP地址，井自动地、动态地分配IP地址；可以鉴定用户，提供完全的用户流动
性，保持安全与Qos（服务质量）政策；可以管理带宽，使带宽优化；保护资源，使交
通优先级的决定基于组织变化的要求；还能智能地发布multicast（多路广播）信息，
指导视频广播。
* 提高了安全性
新一代交换机将防火墙功能集成，而且还可以保护系统的重要资源抵抗来自内部
的攻击。
*提高了支持性
不仅支持传统的SC全双工接口，还支持新的MT－RJ和VF－45光纤接口；
网管支持多种协议，如SNMP，telnet等，还支持RS－232端口访问；
支持堆叠。堆叠后，多台交换机共享一个交换矩阵，可以实现数据流畅通无阻地
通过交换机。
*更加易于管理，富有效率
新一代交换系统提供优质的冗余管理和共享负载的能源供应，并增加了IP电话的
应用，使交换时代由电话交换转换为IP交换，交换网变得更加有效。
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