路由器的主要功能

路 由 器 的 主 要 功 能：所谓“路由”，是指把数据从一个地方传送到另一个地方的行为和动作，而路由器，正是执行这种行为动作的机 器，它的英文名称为Rout er,是一种连接多个网络或网段的网络设备,它能将不同网络或网段之间的数据信息进行“翻 译”，以使它们能够相互“读懂”对方的数据，从而构成一个更大的网络。简单的讲，路由器主要有以下几种功能：第一，网络互连，路由器支持各种局域网和广域网接口，主要用于互连局域网和广域网，实现不同网络互相通信；第二，数据处理，提供包括分组过滤、分组转发、优先级、复用、加密、压缩和防火墙等功能；第三，网络管理，路由器提供包括配置管理、性能管理、容错管理和流量控制等功能。为了完成“路由”的工作，在路由器中保存着各种传输路径的相关数据一一路由表(Routing Table)，供路由 选择时使用。路由表中保存着子网的标志信息、网上路由器的个数和下一个路由器的名字等内容。路由表可以是由系 统管理员固定设置好的，也可以由系统动态修改，可以由路由器自动调整，也可以由主机控制。在路由器中涉及到两 个有关地址的名字概念，那就是：静态路由表和动态路由表。由系统管理员事先设置好固定的路由表称之为静态(st atic )路由表，一般是在系统安装时就根据网络的配置情况预先设定的，它不会随未来网络结构的改变而改变。 动态(Dynamic )路由表是路由器根据网络系统的运行情况而自动调整的路由表。路由器根据路由选择协议(Rout ing Pro tocol)提供的功能，自动学习和记忆网络运行情况，在需要时自动计算数据传输的最佳路径。Osi模型个层功能OSI七层模型介绍0SI是一个开放性的通行系统互连参考模型，他是一个定义的非常好的协议规范。0SI模型有7层结构，每层都 可以有几个子层。下面我简单的介绍一下这7层及其功能。0SI的7层从上到下分别是7应用层6表示层5会话层4传输层3网络层2数据链路层1物理层其中高层，既7、6、5、4层定义了应用程序的功能，下面3层，既3、2、1层主要面向通过网络的端到端的数 据流。下面我给大家介绍一下这7层的功能：(1) 应用层：与其他计算机进行通讯的一个应用，它是对应应用程序的通信服务的。例如，一个没有通信功能 的字处理程序就不能执行通信的代码，从事字处理工作的程序员也不关心0SI的第7层。但是，如果添加了一个传输 文件的选项，那么字处理器的程序员就需要实现0SI的第7层。示例：telnet, HTTP,FTP,WWW,NFS,SMTP等。(2) 表示层：这一层的主要功能是定义数据格式及加密。例如，FTP允许你选择以二进制或ASII格式传输。如 果选择二进制，那么发送方和接收方不改变文件的内容。如果选择ASII格式，发送方将把文本从发送方的字符集转 换成标准的ASII后发送数据。在接收方将标准的ASII转换成接收方计算机的字符集。示例：加密，ASII等。(3) 会话层：他定义了如何开始、控制和结束一个会话，包括对多个双向小时的控制和管理，以便在只完成连 续消息的一部分时可以通知应用，从而使表示层看到的数据是连续的，在某些情况下，如果表示层收到了所有的数据， 则用数据代表表示层。示例：RPC，SQL等。(4) 传输层：这层的功能包括是否选择差错恢复协议还是无差错恢复协议，及在同一主机上对不同应用的数据 流的输入进行复用，还包括对收到的顺序不对的数据包的重新排序功能。示例：TCP，UDP，SPX。(5) 网络层：这层对端到端的包传输进行定义，他定义了能够标识所有结点的逻辑地址，还定义了路由实现的 方式和学习的方式。为了适应最大传输单元长度小于包长度的传输介质，网络层还定义了如何将一个包分解成更小的 包的分段方法。示例：ip,ipx等。(6) 数据链路层：他定义了在单个链路上如何传输数据。这些协议与被讨论的歌种介质有关。示例：ATM，FDDI 等。(7) 物理层：OSI的物理层规范是有关传输介质的特性标准，这些规范通常也参考了其他组织制定的标准。连接 头、针、针的使用、电流、电流、编码及光调制等都属于各种物理层规范中的内容。物理层常用多个规范完成对所有 细节的定义。示例：Rj45，等。OSI分层的优点：(1) 人们可以很容易的讨论和学习协议的规范细节。(2) 层间的标准接口方便了工程模块化。(3)创建了一个更好的互连环境。(4) 降低了复杂度，使程序更容易修改，产品开发的速度更快。(5) 每层利用紧邻的下层服务，更容易记住个层的功能。大多数的计算机网络都采用层次式结构，即将一个计算机网络分为若干层次，处在高层次的系统仅是利用较低层 次的系统提供的接口和功能，不需了解低层实现该功能所采用的算法和协议；较低层次也仅是使用从高层系统传送来 的参数，这就是层次间的无关性。因为有了这种无关性，层次间的每个模块可以用一个新的模块取代，只要新的模块 与旧的模块具有相同的功能和接口，即使它们使用的算法和协议都不一样。网络中的计算机与终端间要想正确的传送信息和数据，必须在数据传输的顺序、数据的格式及内容等方面有一个 约定或规则，这种约定或规则称做协议。网络协议主要有三个组成部分：1、语义：是对协议元素的含义进行解释，不同类型的协议元素所规定的语义是不同的。例如需要发出何种控制信息、完成 何种动作及得到的响应等。2、语法:将若干个协议元素和数据组合在一起用来表达一个完整的内容所应遵循的格式，也就是对信息的数据结构做一种 规定。例如用户数据与控制信息的结构与格式等。3、时序：对事件实现顺序的详细说明。例如在双方进行通信时，发送点发出一个数据报文，如果目标点正确收到，则回答 源点接收正确；若接收到错误的信息，则要求源点重发一次。70年代以来，国外一些主要计算机生产厂家先后推出了各自的网络体系结构，但它们都属于专用的。为使不同计算机厂家的计算机能够互相通信，以便在更大的范围内建立计算机网络，有必要建立一个国际范围的 网络体系结构标准。国际标准化组织ISO于1981年正式推荐了一个网络系统结构-一七层参考模型，叫做开放系统互连模型(Open System Interconnection, OSI)。由于这个标准模型的建立，使得各种计算机网络向它靠拢，大大推动了网络通信的 发展。OSI参考模型将整个网络通信的功能划分为七个层次，见图1。它们由低到高分别是物理层(PH)、链路层(DL)、 网络层(N)、传输层(T)、会议层(S)、表示层(P)、应用层(A)。每层完成一定的功能，每层都直接为其上层提供服务， 并且所有层次都互相支持。第四层到第七层主要负责互操作性，而一层到三层则用于创造两个网络设备间的物理连接.1物理层物理层是OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。物理层为设备之间的数据通信提供传输 媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。媒体和互连设备物理层的媒体包括架空明线、平衡电缆、光纤、无线信道等。通信用的互连设备指DTE和DCE间的互连设备。DTE 既数据终端设备，又称物理设备，如计算机、终端等都包括在内。而DCE则是数据通信设备或电路连接设备，如调制 解调器等。数据传输通常是经过DTEDCE,再经过DCEDTE的路径。互连设备指将DTE、DCE连接起来的装置，如各种插头、插座。LAN中的各种粗、细同轴电缆、T型接、插头，接收器，发送器，中继器等都属物理层的媒体和连 接器。物理层的主要功能物理层的一些重要标准物理层的一些标准和协议早在0SI/TC97/C16分技术委员会成立之前就已制定并在应用了，0SI也制定了一些标准 并采用了一些已有的成果.下面将一些重要的标准列出，以便读者査阅.IS02110:称为数据通信-一25芯DTE/DCE接 口连接器和插针分配.它与EIA（美国电子工业协会）的RS-232-C基本兼容。ISO2593:称为数据通信-一-34芯DTE/DCE-一-接口连接器和插针分配。 ISO4092:称为数据通信37芯DTE/DEC接口连接器和插针分配.与EIARS-449兼容。CCITT :称为数据终端 设备（DTE）和数据电路终接设备之间的接口电路定义表.其功能与EIARS-232-C及RS-449兼容于100序列线上.2. 数据链路层数据链路可以粗略地理解为数据通道。物理层要为终端设备间的数据通信提供传输媒体及其连接.媒体是长期的， 连接是有生存期的.在连接生存期内，收发两端可以进行不等的一次或多次数据通信每次通信都要经过建立通信联络 和拆除通信联络两过程.这种建立起来的数据收发关系就叫作数据链路.而在物理媒体上传输的数据难免受到各种不 可靠因素的影响而产生差错，为了弥补物理层上的不足，为上层提供无差错的数据传输，就要能对数据进行检错和纠错. 数据链路的建立，拆除，对数据的检错，纠错是数据链路层的基本任务。链路层的主要功能链路层是为网络层提供数据传送服务的，这种服务要依靠本层具备的功能来实现。链路层应具备如下功能：数据链路层的主要协议数据链路层协议是为发对等实体间保持一致而制定的，也为了顺利完成对网络层的服务。主要协议如下：数据通信系统的基本型控制规程这是一种面向字符的标准，利用10个控制字符完成链路的建立，拆除及数据交 换对帧的收发情况及差错恢复也是靠这些字符来完成.IS01155, ISO1177, ISO2626, ISO2629 等标准的配合使用可形 成多种链路控制和数据传输方式.称为HDLC帧结构.IS04335-1984 :称为HDLC规程要素.IS07809-1984 :称为HDLC规程类型汇编.这3个 标准都是为面向比特的数据传输控制而制定的有人习惯上把这3个标准组合称为高级链路控制规程.称为DTE数据链路层规程.与CCITT 平衡型链路访问规程相兼容.链路层产品独立的链路产品中最常见的当属网卡，网桥也是链路产品。MODEM的某些功能有人认为属于链路层，对些还有争议. 数据链路层将本质上不可靠的传输媒体变成可靠的传输通路提供给网络层。在情况下，数据链路层分成了两个子层， 一个是逻辑链路控制，另一个是媒体访问控制。下图所示为体系结构。AUI=连接单元接口 PMA=物理媒体连接MAU=媒体连接单元PLS=物理信令MDI=媒体相关接口3. 网络层网络层的产生也是网络发展的结果在联机系统和线路交换的环境中，网络层的功能没有太大意义当数据终端增 多时.它们之间有中继设备相连.此时会出现一台终端要求不只是与唯一的一台而是能和多台终端通信的情况,这就是 产生了把任意两台数据终端设备的数据链接起来的问题，也就是路由或者叫寻径另外，当一条物理信道建立之后，被 一对用户使用，往往有许多空闲时间被浪费掉人们自然会希望让多对用户共用一条链路，为解决这一问题就出现了逻 辑信道技术和虚拟电路技术.网络层主要功能网络层为建立网络连接和为上层提供服务，应具备以下主要功能：网络层标准简介网络层的一些主要标准如下：:称为DTE用的分组级协议:称为CO网络服务定义（面向连接）:称为CL网络服务定义（面向无连接）:称为CL网络协议:称为网络层寻址除上述标准外，还有许多标准。这些标准都只是解决网络层的部分功能，所以往往需要在网络层中同时使用几个 标准才能完成整个网络层的功能.由于面对的网络不同，网络层将会采用不同的标准组合.在具有开放特性的网络中的数据终端设备，都要配置网络层的功能.现在市场上销售的网络硬设备主要有网关和 路由器.4. 传输层传输层是两台计算机经过网络进行数据通信时，第一个端到端的层次，具有缓冲作用。当网络层服务质量不能满 足要求时，它将服务加以提高，以满足高层的要求；当网络层服务质量较好时，它只用很少的工作。传输层还可进行 复用，即在一个网络连接上创建多个逻辑连接。传输层也称为运输层传输层只存在于端开放系统中，是介于低3层 通信子网系统和高3层之间的一层，但是很重要的一层因为它是源端到目的端对数据传送进行控制从低到高的最后一 层.有一个既存事实，即世界上各种通信子网在性能上存在着很大差异.例如电话交换网，分组交换网，公用数据交换 网，局域网等通信子网都可互连,但它们提供的吞吐量，传输速率,数据延迟通信费用各不相同对于会话层来说，却要 求有一性能恒定的界面.传输层就承担了这一功能.它采用分流/合流，复用/介复用技术来调节上述通信子网的差异， 使会话层感受不到.此外传输层还要具备差错恢复，流量控制等功能，以此对会话层屏蔽通信子网在这些方面的细节与差异.传输层面 对的数据对象已不是网络地址和主机地址，而是和会话层的界面端口 上述功能的最终目的是为会话提供可靠的，无误 的数据传输传输层的服务一般要经历传输连接建立阶段,数据传送阶段，传输连接释放阶段3个阶段才算完成一个完 整的服务过程而在数据传送阶段又分为一般数据传送和加速数据传送两种。传输层服务分成5种类型.基本可以满足 对传送质量，传送速度，传送费用的各种不同需要.传输层的协议标准有以下几种：IS08072:称为面向连接的传输服务定义IS08072:称为面向连接的传输协议规范5. 会话层会话层提供的服务可使应用建立和维持会话，并能使会话获得同步。会话层使用校验点可使通信会话在通信失效 时从校验点继续恢复通信。这种能力对于传送大的文件极为重要。会话层,表示层，应用层构成开放系统的高3层，面 对应用进程提供分布处理，对话管理，信息表示,恢复最后的差错等.会话层同样要担负应用进程服务要求，而运输层不能完成的那部分工作，给运输层功能差距以弥补主要的功能是 对话管理，数据流同步和重新同步。要完成这些功能，需要由大量的服务单元功能组合，已经制定的功能单元已有几十 种现将会话层主要功能介绍如下.为会话实体间建立连接。为给两个对等会话服务用户建立一个会话连接，应该做如下几项工作：数据传输阶段这个阶段是在两个会话用户之间实现有组织的，同步的数据传输.用户数据单元为SSDU,而协议数据单元为SPDU. 会话用户之间的数据传送过程是将SSDU转变成SPDU进行的.连接释放连接释放是通过有序释放”,”废弃，有限量透明用户数据传送等功能单元来释放会话连接的会话层标准为了 使会话连接建立阶段能进行功能协商，也为了便于其它国际标准参考和引用，定义了12种功能单元各个系统可根据 自身情况和需要，以核心功能服务单元为基础，选配其他功能单元组成合理的会话服务子集.会话层的主要标准有 DIS8236:会话服务定义和DIS8237 :会话协议规范.6. 表示层表示层的作用之一是为异种机通信提供一种公共语言，以便能进行互操作。这种类型的服务之所以需要，是因为 不同的计算机体系结构使用的数据表示法不同。例如，IBM主机使用EBCDIC编码，而大部分PC机使用的是ASCII码。 在这种情况下，便需要会话层来完成这种转换。通过前面的介绍,我们可以看出，会话层以下5层完成了端到端的数据传送，并且是可靠，无差错的传送.但是数据 传送只是手段而不是目的,最终是要实现对数据的使用由于各种系统对数据的定义并不完全相同，最易明白的例子是 键盘，其上的某些键的含义在许多系统中都有差异.这自然给利用其它系统的数据造成了障碍表示层和应用层就担负 了消除这种障碍的任务.对于用户数据来说，可以从两个侧面来分析,一个是数据含义被称为语义，另一个是数据的表示形式，称做语法.像 文字，图形，声音，文种，压缩，加密等都属于语法范畴表示层设计了 3类15种功能单位，其中上下文管理功能单位就是 沟通用户间的数据编码规则，以便双方有一致的数据形式,能够互相认识.ISO表示层为服务，协议，文本通信符制定了 DP8822,DP8823,DIS6937/2 等一系列标准.7. 应用层应用层向应用程序提供服务，这些服务按其向应用程序提供的特性分成组，并称为服务元素。有些可为多种应用 程序共同使用，有些则为较少的一类应用程序使用。应用层是开放系统的最高层，是直接为应用进程提供服务的。其 作用是在实现多个系统应用进程相互通信的同时，完成一系列业务处理所需的服务其服务元素分为两类:公共应用服 务元素CASE和特定应用服务元素提供最基本的服务，它成为应用层中任何用户和任何服务元素的用户，主要为应用进 程通信，分布系统实现提供基本的控制机制.特定服务SASE则要满足一些特定服务，如文卷传送，访问管理，作业传送， 银行事务,订单输入等.这些将涉及到虚拟终端，作业传送与操作,文卷传送及访问管理，远程数据库访问，图形核心系统，开放系统互连管 理等等.应用层的标准有DP8649公共应用服务元素,DP8650公共应用服务元素用协议，文件传送，访问和管理服务 及协议.讨论：OSI七层模型是一个理论模型，实际应用则千变万化，因此更多把它作为分析、评判各种网络技术的依据； 对大多数应用来说，只将它的协议族（即协议堆栈）与七层模型作大致的对应，看看实际用到的特定协议是属于七层 中某个子层，还是包括了上下多层的功能。这样分层的好处有：1. 使人们容易探讨和理解协议的许多细节。2. 在各层间标准化接口，允许不同的产品只提供各层功能的一部分，（如路由器在一到三层），或者只提供协议 功能的一部分。（如Win95中的Microsoft TCP/IP ）3. 创建更好集成的环境。4. 减少复杂性，允许更容易编程改变或快速评估。5. 用各层的headers和trailers排错。6. 较低的层为较高的层提供服务。7. 把复杂的网络划分成为更容易管理的层。交换机和集线器的区别从OSI体系结构来看，集线器属于0SI的第一层物理层设备，而交换机属于OSI的第二层数据链路层设备。这就 意味着集线器只是对数据的传输起到同步、放大和整形的作用，对数据传输中的短帧、碎片等无法有效处理，不能保 证数据传输的完整性和正确性；而交换机不但可以对数据的传输做到同步、放大和整形，而且可以过滤短帧、碎片等。从工作方式来看，集线器是一种广播模式，也就是说集线器的某个端口工作的时候其他所有端口都有名收听到信 息，容易产生广播风暴。当网络较大的时候网络性能会受到很大的影响，那么用什么方法避免这种现象的发生呢？交 换机就能够起到这种作用，当交换相工作的时候只有发出请求的端口和目的端口之间相互响应而不影响其他端口，那 么交换机就能够隔离冲突域和有效地抑制广播风暴的产生。从带宽来看，集线器不管有多少个端口，所有端口都共享一条带宽，在同一时刻只能有两个端口传送数据，其他 端口只能等待；同时集线器只能工作在半双工模式下。而对于交换机而言，每个端口都有一条独占的带宽，当两个端 口工作时并不影响其他端口的工作，同时交换机不但可以工作在半双工模式下也可以工作在全双工模式下。交换机的主要功能交换机（英文:Swi tch,意为“开关”）是一种用于电信号转发的网络设备。它可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。最常见的交换机是以太网交换机。其他常见的还有电话语音交换机、光纤交换机等。交换（switching ）是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送 到符合要求的相应路由上的技术的统称。广义的交换机（switch）就是一种在通信系统中完成信息交换功能的 设备。在辻算机网络1系统中，交换概念的提出改进了共享工作模式。我们以前介绍过的HUB集线器就是一种共享设备，HUB本身不能识别目的地址，当同一局域网内的A主机给B主机传输数据时，数据包在以HUB为架 构的网络上是以广播方式传输的，由每一台终端通过验证数据 包头的地址信息来确定是否接收。也就是说，在 这种工作方式下，同一时刻网络上只能传输一组数据帧的通讯，如果发生碰撞还得重试。这种方式就是共享网 络带宽。工作在数据链路层。交换机拥有一条很高带宽的背部总线和内部交换矩阵。交换机的所有的端口都挂接在这 条背部总线上，控制电路收到数据包以后，处理端口会査找内存中的地址对照表以确定目的MAC （网卡的硬件地址）的NIC （网卡）挂接在哪个端口上，通过内部交换矩阵迅速将数据包传送到目的端口，目的MAC若不存在广播到所有的端口，接收端口回应后交换机会“学习”新的地址，并把它添加入内部MAC地址表中。使用交换机也可以把网络“分段”，通过对照 MAC 地址表，交换机只允许必要的网络流量通过交换机。通过交换机的 过滤和转发，可以有效的减少冲突域，但它不能划分网络层广播，即广播域。交换机在同一时刻可进行多个端 口对之间的数据传输。每一端口都可视为独立的网段，连接在其上的网络设备独自享有全部的带宽，无须同其 他设备竞争使用。当节点A向节点D发送数据时，节点B可同时向节点C发送数据，而且这两个传输都享有网 络的全部带宽，都有着自己的虚拟连接。假使这里使用的是 10Mbps 的以太网交换机，那么该交换机这时的总流 通量就等于2X10Mbps= 20Mbps，而使用10Mbps的共享式HUB时，一个HUB的总流通量也不会超出10Mbps。总 之，交换机是一种基于MAC 地址识别，能完成封装转发数据包功能的网络设备。交换机可以“学习” MAC地址， 并把其存放在内部地址表中，通过在数据帧的始发者和目标接收者之间建立临时的交换路径，使数据帧直接由 源地址到达目的地址。交换方式2交换机通过以下三种方式进行交换： 1） 直通式： 直通方式的以太网交换机可以理解为在 各端口间是纵横交叉的线路矩阵电话交换机。它在输入端口检测到一个数据包时，检査该包的包头，获取包的目的地 址，启动内部的动态査找表转换成相应的输出端口，在输入与输出交叉处接通，把数据包直通到相应的端口，实现交 换功能。由于不需要存储，延迟非常小、交换非常快，这是它的优点。它的缺点是，因为数据包内容并没有被以太网 交换机保存下来，所以无法检査所传送的数据包是否有误，不能提供错误检测能力。由于没有缓存，不能将具有不同 速率的输入/输出端口直接接通，而且容易丢包。2） 存储转发： 存储转发方式是计算机网络领域应用最为广泛的方式。它把输入端口的数据包先存储起来，然后进行CRC （循环冗余码校验）检査，在对错误包处 理后才取出数据包的目的地址，通过査找表转换成输出端口送出包。正因如此，存储转发方式在数据处理时延时大， 这是它的不足，但是它可以对进入交换机的数据包进行错误检测，有效地改善网络性能。尤其重要的是它可以支持不 同速度的端口间的转换，保持高速端口与低速端口间的协同工作。3） 碎片隔离： 这是介于前两者之间的一种解决方案。它检査数据包的长度是否够64个字节，如果小于64字节，说明是假包，则丢弃该包；如果 大于 64 字节，则发送该包。这种方式也不提供数据校验。它的数据处理速度比存储转发方式快，但比直通式慢。几种交换技术1. 端口交换端口交换技术最早出现在插槽式的集线器中，这类集线器的背板通常划分有多条以太网段（每条网段为一个广 播域），不用网桥或路由连接，网络之间是互不相通的。以大主模块插入后通常被分配到某个背板的网段上，端口交 换用于将以太模块的端口在背板的多个网段之间进行分配、平衡。根据支持的程度，端口交换还可细分为：模块交换：将整个模块进行网段迁移。端口组交换：通常模块上的端口被划分为若干组，每组端口允许进行网段迁移。端口级交换：支持每个端口在不同网段之间进行迁移。这种交换技术是基于OSI第一层上完成的，具有灵活性和负载平衡能力等优点。如果配置得当，那么还可以在一定程度进行容错，但没有改变共享传输介质的特 点，自而未能称之为真正的交换。2. 帧交换帧交换是目前应用最广的局域网交换技术，它通过对传统传输媒介进行微分段，提供并行传送的机制，以减小 冲突域，获得高的带宽。一般来讲每个公司的产品的实现技术均会有差异，但对网络帧的处理方式一般有以下几种： 直通交换：提供线速处理能力，交换机只读出网络帧的前14个字节，便将网络帧传送到相应的端口上。 存储转 发：通过对网络帧的读取进行验错和控制。 前一种方法的交换速度非常快，但缺乏对网络帧进行更高级的控制， 缺乏智能性和安全性，同时也无法支持具有不同速率的端口的交换。因此，各厂商把后一种技术作为重点。有的厂商甚至对网络帧进行分解，将帧分解成固定大小的信元，该信元处理极易用硬件实现，处理速度快，同时能够完 成高级控制功能（如美国MADGE公司的LET集线器）如优先级控制。3. 信元交换ATM技术采用固定长度53个字节的信元交换。由于长度固定，因而便于用硬件实现。ATM采用专用的非差别连 接，并行运行，可以通过一个交换机同时建立多个节点，但并不会影响每个节点之间的通信能力。ATM还容许在源节 点和目标、节点建立多个虚拟链接，以保障足够的带宽和容错能力。ATM采用了统计时分电路进行复用，因而能大大 提高通道的利用率。ATM的带宽可以达到25M、155M、622M甚至数Gb的传输能力。但随着万兆以太网的出现，曾经代 表网络和通讯技术发展的未来方向的ATM技术，开始逐渐失去存在的意义。二层交换机，三层交换机及四层交换机的区别二层交换二层交换技术的发展比较成熟，二层交换机属数据链路层设备，可以识别数据包中的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地址表中。具体的工作流程如下：1）当交换机从某个端口收到一个数据包，它先读取包头中的源MAC 地址，这样它就知道源MAC 地址的机器是连在哪个端 口上的；2）再去读取包头中的目的MAC地址，并在地址表中査找相应的端口；3）如表中有与这目的MAC地址对应的端口，把数据包直接复制到这端口上； 4）如表中找不到相应的端口则把数据包广播到所有端口上， 当目的机器对源机器回应时，交换机又可以记录这一目的MAC地址与哪个端口对应，在下次传送数据时就不再需要对 所有端口进行广播了。不断的循环这个过程，对于全网的MAC地址信息都可以学习到，二层交换机就是这样建立和维 护它自己的地址表。 从二层交换机的工作原理可以推知以下三点：1）由于交换机对多数端口的数据进行同时交换，这就要求具有很宽的交换总线带宽，如果二层交换机有N个端口，每个端口的带宽是M,交换机总线带宽 超过NXM,那么这交换机就可以实现线速交换；2）学习端口连接的机器的MAC地址，写入地址表，地址表的大小（一般两种表示方式：一为BEFFER RAM，一为MAC表项数值），地址表大小影响交换机的接入容量；3）还有一个就是二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,专 用集成电路）芯片，因此转发速度可以做到非常快。由于各个厂家采用ASIC不同，直接影响产品性能。以上三点也是评判二、三层交换机性能优劣的主要技术参数，这一点请大家在考虑设备选型时注意比较。三层交换下面先来通过一个简单的网络来看看三层交换机的工作过程。使用IP的设备A三层交换机使用IP的设备B比如A要给B发送数据，已知目的IP,那么A就用子网掩码取得网络地址，判断目的IP是否与自己在同一网段。如果在同一网段，但不知道转发数据所需的MAC地址，A 就发送一个ARP请求，B返回其MAC地址，A用此MAC 封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，査找 MAC地址表，将数据包转发到相应的端口。如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和B的通讯，在流缓存条目中没有对应MAC地址条目，就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统 中已经设好,对应第三层路由模块，所以可见对于不是同一子网的数据，最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址； 然后就由三层模块接收到此数据包，査询路由表以确定到达B的路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的MAC 地址为源MAC地址，以主机B的MAC地址为目的MAC地址。通过一定的识别触发机制，确立主机A与B的MAC地址及 转发端口的对应关系，并记录进流缓存条目表，以后的A到B的数据，就直接交由二层交换模块完成。这就通常所说 的一次路由多次转发。 以上就是三层交换机工作过程的简单概括，可以看出三层交换的特点： 1）由硬件 结合实现数据的高速转发。这就不是简单的二层交换机和路由器的叠加，三层路由模块直接叠加在二层交换的高速背 板总线上，突破了传统路由器的接口速率限制，速率可达几十Gbi t/s。算上背板带宽，这些是三层交换机性能的两个 重要参数。 2）简洁的路由软件使路由过程简化。大部分的数据转发，除了必要的路由选择交由路由软件处理， 都是由二层模块高速转发，路由软件大多都是经过处理的高效优化软件，并不是简单照搬路由器中的软件。二层和三层交换机的选择 二层交换机用于小型的局域网络。这个就不用多言了，在小型局域网中，广播包影响不 大，二层交换机的快速交换功能、多个接入端口和低谦价格为小型网络用户提供了很完善的解决方案。路由器的优点在于接口类型丰富，支持的三层功能强大，路由能力强大，适合用于大型的网络间的路由，它的优势在于选择 最佳路由，负荷分担，链路备份及和其他网络进行路由信息的交换等等路由器所具有功能。三层交换机的最重要的功能是加快大型局域网络内部的数据的快速转发，加入路由功能也是为这个目的服务的。如果把大型网络按照部 门，地域等等因素划分成一个个小局域网，这将导致大量的网际互访，单纯的使用二层交换机不能实现网际互访；如 单纯的使用路由器，由于接口数量有限和路由转发速度慢，将限制网络的速度和网络规模，采用具有路由功能的快速 转发的三层交换机就成为首选。 一般来说，在内网数据流量大，要求快速转发响应的网络中，如全部由三层交 换机来做这个工作，会造成三层交换机负担过重，响应速度受影响，将网间的路由交由路由器去完成，充分发挥不同 设备的优点，不失为一种好的组网策略，当然，前提是客户的腰包很鼓，不然就退而求其次，让三层交换机也兼为网 际互连。四层交换第四层交换的一个简单定义是:它是一种功能，它决定传输不仅仅依据MAC地址（第二层网桥）或源/目标IP地址（第 三层路由），而且依据TCP/UDP（第四层）应用端口号。第四层交换功能就象是虚IP,指向物理服务器。它传输的业务 服从的协议多种多样，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议。这些业务在物理服务器基础上，需要复杂的载量平 衡算法。在IP世界，业务类型由终端TCP或UDP端口地址来决定，在第四层交换中的应用区间则由源端和终端IP 地址、TCP和UDP端口共同决定。在第四层交换中为每个供搜寻使用的服务器组设立虚IP地址（VIP），每组服务 器支持某种应用。在域名服务器（DNS）中存储的每个应用服务器地址是VIP,而不是真实的服务器地址。当某用户申 请应用时，一个带有目标服务器组的VIP连接请求（例如一个TCP SYN包）发给服务器交换机。服务器交换机在组中 选取最好的服务器，将终端地址中的VIP用实际服务器的IP取代，并将连接请求传给服务器。这样，同一区间所有 的包由服务器交换机进行映射，在用户和同一服务器间进行传输。第四层交换的原理OSI模型的第四层是传输层。传输层负责端对端通信，即在网络源和目标系统之间协调通信。在IP协议栈中这是TCP （种传输协议）和 UDP （用户数据包协议）所在的协议层。在第四层中，TCP和UDP标题包含端口号（port number），它们可以唯一区分每个数据包包含哪些应用协议（例如HTTP、FTP等）。端点系统利用这种信息来区分包中的数据，尤其是端口 号使一个接收端计算机系统能够确定它所收到的IP包类型，并把它交给合适的高层软件。端口号和设备IP地址的组 合通常称作插口 （socket）。1和255之间的端口号被保留，他们称为熟知端口，也就是说，在所有主机TCP/I P 协议栈实现中，这些端口号是相同的。除了熟知端口外，标准UNIX服务分配在256到1024端口范围，定制的应用一般在1024以上分配端口号。分配端口号的最近清单可以在RFC1700 Assigned Numbers上找到。TCP/UDP端口号提供的附加信息可以为网络交换机所利用，这是第四层交换的基础。具有第四层功能的交换机能够起到与服务器 相连接的虚拟IP(VIP)前端的作用。每台服务器和支持单一或通用应用的服务器组都配置一个VIP地址。这个VIP 地址被发送出去并在域名系统上注册。在发出一个服务请求时，第四层交换机通过判定TCP开始，来识别一次会话的 开始。然后它利用复杂的算法来确定处理这个请求的最佳服务器。一旦做出这种决定，交换机就将会话与一个具体的 IP地址联系在一起，并用该服务器真正的IP地址来代替服务器上的VIP地址。每台第四层交换机都保存一个与被选择的服务器相配的源IP地址以及源TCP端口相关联的连接表。然后第四层交换机向这台服务器转发连接请求。 所有后续包在客户机与服务器之间重新影射和转发，直到交换机发现会话为止。在使用第四层交换的情况下，接入可 以与真正的服务器连接在一起来满足用户制定的规则，诸如使每台服务器上有相等数量的接入或根据不同服务器的容 量来分配传输流。