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以太网四代交换机的演进史

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  二层交换机

  交换机是在多端口网桥的基础上逐步发展起来的,Kalpana公司在1989年发明了第一台以太网交换机,EtherSwitch EPS-700,对外提供7个固定端口。

  最初的交换机是完全符合OSI定义的层次模型的,也就是说工作在OSI模型的第二层(数据链路层),因此也被称为二层交换机。二层交换机识别数据帧中的MAC地址信息,主要根据MAC地址选择转发端口,算法相对简单,便于ASIC实现,因此转发性能极高。交换机的出现,解决了集线器的冲突域问题,使得以太网从"共享式"步入了"交换式"时代,大大提高了局域网的性能。

  典型产品:Cisco 2960系列交换机、Huawei 5700-LI系列交换机。

  三层交换机

  在引入VLAN之前,交换机只能隔离冲突域,而不能分割广播域。然而在TCP/IP协议栈进行通信时,广播或组播类型的协议报文会被广泛使用,如ARP/RIP/DHCP等。如果整个网络只有一个广播域,一旦发出广播报文,就会传遍整个网络,这样不仅会影响到网络带宽,而且还会对网络中的主机带来额外的负担。

  随着时间的推移,网络由最初的军事、科研用途逐渐融入人们的日常生活,网络用户数急速提升,广播域带来的问题愈发明显。虽然VLAN在交换机上能够实现广播域的隔离,但VLAN之间的转发还是要通过路由器来完成。相对于交换机而言,路由器不仅价格昂贵,而且性能较差,无法满足大量用户对大带宽的需求,人们呼唤能工作在ISO模型第三层的交换机,在满足客户需求的同时继续保持"高性能、低成本"的传统优势。

  三层交换机的发展经历了一个小插曲。由于早期的ASIC芯片无法独立完成三层转发的完整功能,2002年左右出现的"三层交换机"采用了广为流传的"一次路由多次交换"技术,逻辑上可以看成在原有二层交换机之上"扣了一个三层的帽子",因此对外表现为"弱三层、强二层"的特点。但随着芯片技术的发展,很快ASIC就支持了硬件路由查找功能,真正实现了全硬件三层转发的交换机,因此最终"三层交换机"只是昙花一现,很快被全硬件三层转发的交换机所取代。为了避免与前期的"三层交换机"相混淆,支持全硬件三层转发的交换机往往也称为路由交换机。

  典型产品:Cisco 3750-X系列交换机、Huawei 5700-EI系列交换机。

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