三层交换技术及其应用

郭仕刚 狄强

深圳市中兴通讯股份有限公司南京研究所

　　摘 要 本文从二层交换技术到三层交换技术，从三层交换技术的产生、工作原理、实现与应用以及从数据交换技术发展趋势等方面详细地论述了三层交换技术。

　　关键词 数据交换 二层交换 三层交换 路由技术

1 前言

　　随着Internet的发展，局域网和广域网技术得到了广泛的推广和应用。数据交换技术从简单的电路交换发展到二层交换，从二层交换又逐渐发展到今天较成熟的三层交换，以致发展到将来的高层交换。

2 三层交换技术的产生

　　二层交换技术从网桥发展到VLAN（虚拟局域网），在局域网建设和改造中得到了广泛的应用。第二层交换技术是工作在OSI七层网络模型中的第二层，即数据链路层。它按照所接收到数据包的目的MAC地址来进行转发，对于网络层或者高层协议来说是透明的。它不处理网络层的IP地址，不处理高层协议的诸如TCP、UDP的端口地址，它只需要数据包的物理地址即MAC地址，数据交换是靠硬件来实现的，其速度相当快，这是二层交换的一个显著的优点。但是，它不能处理不同IP子网之间的数据交换。传统的路由器可以处理大量的跨越IP子网的数据包，但是它的转发效率比二层低，因此要想利用二层转发效率高这一优点，又要处理三层IP数据包，三层交换技术就诞生了。

3 三层交换技术的工作原理

　　第三层交换工作在OSI七层网络模型中的第三层即网络层，是利用第三层协议中的IP包的包头信息来对后续数据业务流进行标记，具有同一标记的业务流的后续报文被交换到第二层数据链路层，从而打通源IP地址和目的IP地址之间的一条通路。这条通路经过第二层链路层。有了这条通路，三层交换机就没有必要每次将接收到的数据包进行拆包来判断路由，而是直接将数据包进行转发，将数据流进行交换。

4 三层交换技术的实现与应用实例

　　三层交换技术可以在以太网交换机和ATM交换机中实现，其实现的原理一样，但实现的复杂程度稍有不同，封装方式不同。

　　基于不同的考虑，各公司的产品在具体的实现上略有不同，采用的芯片也有不同，有的公司采用ASIC，有的采用RISC，有的采用网络处理器等等。当然，采用不同等级的芯片，对数据包的转发效率，网络流量的控制和三层交换机的整体性能是有影响的。

　　在当今信息高速发展过程中，三层交换机广泛地应用到了一些大型企业网和教育网中，尤其是ATM交换机在网络建设中更为火爆，广泛地深入到了网络的骨干层、汇聚层和接入层。

　　建立大容量的三层交换系统是当今网络设备制造商的当务之急，中兴通讯公司的宽带网络产品ZXB10系列正是基于这种考虑而研制出的，具有三层交换技术业务的ZXB10系列包括四个品种，即ZXB10-BX：宽带核心交换机；ZXB10-AX： 宽带接入交换机； ZXB10-MX： 宽带业务复用器；ZXB10-SX：宽带业务接入器，均属于ATM交换机系列。

5 数据交换技术的发展前景

　　交换技术在不断地发展，将来要发展到什么地步，很难以定论，但可以肯定，OSI七层网络模型的每一层是可以实现的。在2000年，国家信息产业部针对第二层和第三层相结合的技术制定出了《多协议标记交换（MPLS）总体技术要求》，这是交换技术的又一大进步。目前，学术界已经提出了从第四层到第七层的高层交换技术的概念，我们期盼成熟的高层交换机早日面世。交换技术能否超越OSI七层网络模型？这是摆在我们面前的一个新课题。

6 结束语

　　三层交换技术与传统的路由技术不同，传统的路由技术是通过一定的路由算法来选择到达各个子网的最佳路径，实现路由选择和网络互连；而三层交换技术是利用L3层中的IP数据包的包头信息来加强L2层交换，以期解决路由技术中转发效率较低的技术瓶颈。三层交换技术在现在的网络建设和改造中起着越来越重要的作用，逐渐从局域网LAN进军到了广域网WAN。

摘自《中国数据通信》