探究L3路由交换技术的应用与发展

文章主要分析路由交换技术中L2-L3交换的应用和发展，相信随着通信行业的发展，路由交换技术也会更加的完善稳定，给用户带来良好的网络环境。

随着通信技术的不断发展，路由交换技术的应用也非常广发，同时技术也在更新升级。首先让大家了解下L3路由交换技术的起源和发展，然后全面介绍L3路由交换技术的应用和趋势。是一定要由ATM网络事先建立一条端到端的连接，再采用"ShortCut"方式对IP包进行路由。

IPSwitch方式中的RFC1953解决了"多跳"数量增长的问题，通过软件提供一种"直通"（Cut-through）来满足多IP业务要求，它与RFC1987共同构成IPSwitch基础。IPSwitch对数据包的处理多采用以ATM交换机跨接路由器直通（CUT-THROUGH）处理的方式，即第一个包通过路由器进行检查、鉴别和处理，以后相同的包由ATM交换机跨接直通传输，不再通过路由器。

无论是IPSwitch还是MPOA，这个IP数据流都是在虚电路里传输，所有IP包都在一个已经选定的路由中传输，不存在不同的IP包经过不同的路由。只是IPSwitch方式每个ATM交换机可独立处理IP交换，以直通IP数据流。但MPOA一定要所有ATM交换机统一动作，所以MPOA方式实施前一定要先建立一条端到端的SVC。除了以上两种L3路由交换技术之外，在其他领域也相继产生了第三层路由交换技术。如思科公司的专有技术CEF（思科快速转发）、普遍被所有第三层交换机厂家采用的多层路由交换技术MLS以及当前被广泛推广的基于IETF标准的多协议标记交换MPLS。

L3路由交换技术的起源和发展

基于L2以太网交换技术的多层交换最早起源于校园网络，后来在IDC中也有较多应用。早期互联网业务流量模型符合20:80规则，即80%的流量为本地，20%的流量出网。后来此流量模型发生逆转，80%流量来自网段外部，内部通信只有20%。因此导致不同的网段之间越来越多的业务交换。由于每一个L2网段都代表一个广播域，出于网络可扩展性的限制，需要在L2以太网交换机上对不同网段划分不同VLAN，我们知道，在一个多VLAN环境下，VLAN内部采用L2交换，VLAN之间采用L3路由。因此需要在VLAN之间通过路由器进行L3数据包转发。传统的路由方式，对IP包的处理性能低于对以太网帧的交换。随着跨网业务的增多，与传统L3包转发性能低下的矛盾越来越大。这些因素推动了L3路由交换技术的产生。

L3交换与传统路由器的区别，除了路由器采用基于CPU的软交换，L3交换机通过ASIC之外，它们的主要区别在于转发机制上。L3交换在满足第三层选路需求的同时，需要满足对数据进行线速转发的要求，只有提高了吞吐率，才能彻底解决第三层瓶颈问题。L3交换结合了路由交换技术的优点，其高性能是基于"一次路由，多次交换"的机制实现的。在L3交换过程中，L3交换机监测进入路由器接口的第一个以太网帧（判断依据是以太网帧的目的地址为路由器接口MAC地址），因为这些数据帧一定是跨网流量。然后L3交换机需要剥离以太网帧，读取L3信息，通过查找FIB路由转发表，将数据包输出到相应接口。在这同时，L3交换机根据这个数据包的IP地址（源/目的地址）对后续进入交换机的具有共性的数据包进行流（Flow）分类，并对每个流及这个流的输出端口进行缓存，这个流中的后续数据包不用每次再针对数据包的目的地址查找路由表进行L3转发，只需将封装L3数据包的以太网帧的目的MAC地址进行更换即可。从而实现了一次路由，多次交换。

由于互联网上两个端点之间可以同时建立多个数据流，具有相同的源/目的IP地址，如果设备能根据IP数据包中更多的字段来进行流分类，如根据协议类型和TCP/UDP端口号，即可实现对每个会话（Session）的分类，此时的多层交换可以称为L4第四层交换。如果策略规定根据应用对流量进行细化控制，或者需要按应用进行流量统计，L4交换是必需的。其交换原理同L3交换相同，但是会耗费更多的设备资源（CPU和内存）。

L3交换的应用和趋势

随着以太网路由交换技术的日益成熟，无论是运营商的城域网还是企业网或校园网，越来越多地采用了第三层交换机组网技术。它带来的优势显而易见。首先，建网成本低、组网灵活。L3交换机的选路性能、转发性能都已经不低于吉比特路由器，但是具有更高的端口密度。L3交换机的每个端口可以灵活配置为交换口或路由口，同时还具备POS接口，设备之间互连，可以通过POS口运行IGP，提供选路功能，实现互联网上网业务；通过GE口互连配置为VLANTrunk提供以太透传业务。传统的路由器对L2起到终结作用，无法提供L2透传业务。

其次，一定程度上满足多业务需求。目前的数据业务，可以划分为专线业务和互联网上网业务两大类。L3路由交换技术可以在一个设备上提供两种业务。互联网业务中，对于以太到户的宽带小区用户，在CPE侧通过路由器或交换机以FE/GE接口经裸光纤接入ISP城域网的汇聚层（L3交换机）；对于ADSL用户，汇聚到DSLAM后通过FE/GE上行经城域以太网终结到BRAS。这都是基于L3交换机的路由功能实现互联网路由可达基础上实现的。目前性能优良的L3交换机，支持的路由协议和路由策略已经可以同传统路由器相比，如对BGP路由条目的支持上、IGP的收敛性能上、路由策略的实施上（PolicyRouting、针对VLANID或端口的CAR）以及网络安全方面（NAT、ACL、针对EtherType字段的过滤、广播包过滤）和QoS领域（针对802.1p优先级队列、802.1p与ToS字节中的IPPrecedence比特位映射），甚至MPLS应用，都提供了较好的解决方案。对于专线业务，目前L3交换机组网对于提供以太网透传业务具有先天的优越性。尤其对于点对多点业务、VLAN堆叠应用、端口绑定等可以提供很好的性能。

当然，任何设备、技术或组网方案都不是万能的，L3交换机组网的缺陷是网络环路保护恢复（通过生成树协议）对网络可扩展性和管理维护简易性带来的影响以及在L3交换机互连链路中同时支持IGP路由、VLANTrunk及MPLS交换的能力不够。今后的发展趋势，最完美的情况是逐步、彻底替代传统路由器，实现路由器所支持的所有功能，尤其需要在MPLS的支持能力上加强，如MPLSTE、L3MPLSVPN和L2MPLSVPN技术。届时，随着MPLS技术、应用和标准的进一步完善，以L3以太网交换机构建的城域以太网络将可以提供真正的全业务，如已知的以太透传（点到点和点到多点）、互联网上网，甚至利用L2MPLS技术实现AToM。