通信工程師考試計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用的交換技術(shù)

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4.1.4 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)使用的交換技術(shù)

計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以共享資源和交換信息為目的。從服務(wù)范圍看，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為局域網(wǎng)（LocalAreaNetwork,LAN）、城域網(wǎng)（MetropolitanAreaNetwork,MAN）和廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork,WAN）。

早期的LAN為共享傳輸介質(zhì)的以太網(wǎng)或令牌網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中使用總線型交換網(wǎng)絡(luò)、半雙工方式進(jìn)行通信。當(dāng)用戶數(shù)增多時，每個用戶的帶寬變窄，而且極易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)沖突，引起網(wǎng)絡(luò)阻塞。解決這一問題的傳統(tǒng)方法是在網(wǎng)絡(luò)中加入2端口網(wǎng)橋，即采用網(wǎng)絡(luò)分段技術(shù)。在一個較大的網(wǎng)絡(luò)中，為保證響應(yīng)速度，往往要分割出數(shù)十個甚至數(shù)百個網(wǎng)段，這使整個網(wǎng)絡(luò)的成本增加，網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和管理更復(fù)雜。

局域網(wǎng)交換技術(shù)是在多端口網(wǎng)橋的基礎(chǔ)上于20世紀(jì)90年代初發(fā)展起來的，它是一種改進(jìn)了的局域網(wǎng)橋。與傳統(tǒng)的網(wǎng)橋相比，它能提供更多的端口（4-88），端口之間通過空分交換網(wǎng)絡(luò)直連或釆用存儲一轉(zhuǎn)發(fā)交換技術(shù)。局域網(wǎng)交換機(jī)的引入，簡化了大型LAN的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，減少了沖突和帶寬窄的問題。

局域網(wǎng)交換機(jī)仍然采用廣播式分組通信方式，這會導(dǎo)致廣播風(fēng)暴，因此又引入了路由器。路由器將不同的LAN互連，可以隔離廣播風(fēng)暴。路由器具有路由選擇功能，可以為跨越不同LAN的流量選擇最適宜的路徑，可以繞過失效的網(wǎng)段進(jìn)行連接，還可以進(jìn)行不同類型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)異種網(wǎng)絡(luò)互連。

路由器將很多個分布在各地的計算機(jī)局域網(wǎng)互連起來構(gòu)成廣域網(wǎng)，可以實(shí)現(xiàn)更大范圍的資源共享。如今最大的廣域網(wǎng)是Internet,它使用TCP/IP協(xié)議族。

路由器的連接是借助公共傳輸網(wǎng)絡(luò)（如電信網(wǎng)）實(shí)現(xiàn)的。公共傳輸網(wǎng)絡(luò)基本可以分成3類：一類是電路交換網(wǎng)絡(luò)，主要是公共交換電話網(wǎng)（PublicSwitchTelephoneNetwork,PSTN）和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（IntegratedServiceDigitalNetwork,ISDN）；一類是分組交換網(wǎng)絡(luò)，主要是X.25分組交換網(wǎng)和幀中繼等；還有一類是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DigitalDataNetwork,DDN）和光纖傳送網(wǎng)。

路由器使用無連接的分組交換技術(shù)。它的工作是檢查進(jìn)入的數(shù)據(jù)包，將其目標(biāo)地址與路由表中的項(xiàng)目相比較，如果是直接相連子網(wǎng)的站點(diǎn)，則路由器將其轉(zhuǎn)發(fā)到目的地；否則，查詢相應(yīng)的路由表，選擇合適的路由通過物理網(wǎng)絡(luò)將其送到鄰接的路由器。

傳統(tǒng)的路由器對每個要轉(zhuǎn)發(fā)的分組進(jìn)行大量的處理，因此要求傳統(tǒng)的路由器具有豐富的功能，要能夠同時支持多種協(xié)議，具有上百個可配置的參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)復(fù)雜的分組過濾機(jī)制，增強(qiáng)對網(wǎng)絡(luò)的控制。這些豐富的功能通常是通過軟件獲得的。遺憾的是，隨著網(wǎng)絡(luò)中通信量的增加，軟件處理的速度越來越慢，擁擠成為突出問題。

為了解決傳統(tǒng)路由器的瓶頸問題，人們引入了高速路由器。高速路由器采用多層交換技術(shù)，通過兩種獨(dú)立的方法解決瓶頸問題。

（1）基于硬件的轉(zhuǎn)發(fā)，加速轉(zhuǎn)發(fā)處理過程。提高路由器速度的方法是改變其結(jié)構(gòu)，將路由計算、控制等非實(shí)時任務(wù)用軟件來實(shí)現(xiàn)，分組轉(zhuǎn)發(fā)等實(shí)時工作用硬件實(shí)現(xiàn)，這樣轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)分組的速率達(dá)到了每秒數(shù)千萬個。

（2）基于流或標(biāo)簽的轉(zhuǎn)發(fā)，根據(jù)通信的目標(biāo)地址優(yōu)化路由，使用較短的固定長度的標(biāo)簽對數(shù)據(jù)流進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，避免對分組的重復(fù)性選路。

這兩種方法的優(yōu)點(diǎn)在于它們互相補(bǔ)充，可以配合使用來改善整個網(wǎng)絡(luò)的性能，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。已經(jīng)出現(xiàn)的多層交換技術(shù)有：第2層交換、第3層交換、第4層交換、ATM上的多協(xié)議互連（Muti-ProtocoloverATM,MPOA）、標(biāo)簽交換（TagSwitch,TAG）、多協(xié)議標(biāo)記交換（MultiProtocolLabelSwitching,MPLS）等。

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