交换技术从传统二层到未来七层发展综述

banlion

网络技术发展迅猛，以太网占据了统治地位。为了适应网络应用深化带来的挑战，网络的规模和速度都在急剧发展，局域网的速度已从最初的10Mbit/s提高到100Mbit/s，千兆以太网技术也已得到了普遍应用。

　　对于用户来说，在减低成本的前提下，保证网络的高可靠性、高性能、易维护、易扩展，与采用何种组网技术密切相关；对于设备厂商来说，在保证用户网络功能实现的基础上，如何能够取得更为可观的利润，采用组网技术的优劣，成为提高利润的一个手段。

　　在具体的组网过程中，是使用已经日趋成熟的传统的第2层交换技术，还是使用具有路由功能的第3层交换技术，或者是使用具有高网络服务水平的第7层交换技术呢？

　　在这些技术选择的权衡中，2层交换、3层交换和7层交换这三种技术究竟孰优孰劣，它们各自又适用于什么样的环境呢？

　　传统的第2层交换技术

　　2层交换技术可以识别数据帧中的MAC地址信息，根据MAC地址进行转发，并将这些MAC地址与对应的端口，记录在自己内部的一个MAC地址表中。

　　谈到交换，从广义上讲，任何数据的转发都可以叫做交换。但是，传统的、狭义的第2层交换技术，仅包括数据链路层的转发。

　　目前，第2层交换技术已经成熟。从硬件上看，第2层交换机的接口模块都是通过高速背板/总线（速率可高达几十Gbps）交换数据的，2层交换机一般都含有专门用于处理数据包转发的ASIC (Application specific Integrated Circuit)芯片，因此转发速度可以做到非常快。

　　2层交换机主要用在小型局域网中，机器数量在二、三十台以下，这样的网络环境下，广播包影响不大，2层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低低价格，为小型网络用户提供了完善的解决方案。

　　总之，交换式局域网技术使专用的带宽为用户所独享，极大地提高了局域网传输的效率。可以说，在网络系统集成的技术中，直接面向用户的第2层交换技术，已得到了令人满意的答案。

　　具有路由功能的第3层交换技术

　　第3层交换技术是1997年前后才开始出现的一种交换技术，最初是为了解决广播域的问题。经过多年发展，第3层交换技术已经成为构建多业务融合网络的主要力量。

　　在大规模局域网中，为了减小广播风暴的危害，必须把大型局域网按功能或地域等因素划分成多个小局域网，这样必然导致不同子网间的大量互访，而单纯使用第2层交换技术，却无法实现子网间的互访。

　　为了从技术上解决这个问题，网络厂商利用第3层交换技术开发了3层交换机，也叫做路由交换机，它是传统交换机与路由器的智能结合。

　　简单地说，可以处理网络第3层数据转发的交换技术就是第3层交换技术。

　　从硬件上看，在第3层交换机中，与路由器有关的第3层路由硬件模块，也插接在高速背板/总线上。这种方式使得路由模块可以与需要路由的其它模块间，高速交换数据，从而突破了传统的外接路由器接口速率的限制。

　　3层交换机是为IP设计的，接口类型简单，拥有很强的3层包处理能力，价格又比相同速率的路由器低得多，非常适用于大规模局域网络。

　　第3层交换技术到今天已经相当成熟，同时，3层交换机也从来没有停止过发展。第3层交换技术及3层交换设备的发展，必将在更深层次上推动整个社会的信息化变革，并在整个网络中获得越来越重要的地位。

　　具有网络服务功能的第7层交换技术

　　第7层交换技术通过逐层解开每一个数据包的每层封装，并识别出应用层的信息，以实现对内容的识别。

　　充分利用带宽资源，对互联网上的应用、内容进行管理，日益成为服务提供商关注的焦点。如何解决传输层到应用层的问题，专门针对传输层到应用层进行管理的网络技术变得非常重要，这就是目前第7层交换技术发展的最根本原因。

　　简单地说，可以处理网络应用层数据转发的交换技术就是第7层交换技术。其主要目的是在带宽应用的情况下，网络层以下不再是问题的关键，取而代之的是提高网络服务水平，完成互联网向智能化的转变。

　　第7层交换技术通过应用层交换机实现了所有高层网络的功能，使网络管理者能够以更低的成本，更好地分配网络资源。

　　从硬件上看，7层交换机将所有功能集中在一个专用的特殊应用集成电路或ASIC上。ASIC比传统路由器的CPU便宜，而且通常分布在网络端口上，在单一设备中包括了50个ASIC，可以支撑数以百计的接口。新的ASIC允许智能交换机/路由器在所有的端口上以极快的速度转发数据，第7层交换技术可以有效地实现数据流优化和智能负载均衡。

　　在Internet网、Intranet网和Extranet网，7层交换机都大有施展抱负的用武之地。比如企业到消费者的电子商务、联机客户支撑，人事规划与建设、市场销售自动化，客户服务，防火墙负载均衡，内容过滤和带宽管理等。

　　交换技术正朝着智能化的方向演进，从最初的第2层交换发展到第3层交换，目前已经演进到网络的第7层应用层的交换。其根本目的就是在降低成本的前提下，保证网络的高可靠性、高性能、易维护、易扩展，最终达到网络的智能化管理。