／摘要
． ， 第三层交换技术及其发展现状
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(青岛大学电子中心 青岛 266071)
本文介绍了最新的网络交换技术——第三层交换技术，简述其发展过程，分析几种主流第三层交换技术的性能
和特点 。
关键词 局域网 路由器 第三层交换 毯速廑 - l- ●_ _ 一 ’ I_ __ - 一 ’ ’ _● l- - _- _一 - 。 ‘。 ’ __ ’
今天 VLAN、Intranet、视频会议以及其它基于 IP
(Internet协议)的应用迅猛发展，即使是最高挡的主干路由器
也难以应付网络中巨大的数据流量。传统的交换机具有快速的
处理能力，但交换机基本上是一个多端口的网桥，不可避免地会
发生广播和多点发送网络交通涌向所有端口的现象。大平面网
络结构引发的广播风暴却只能采用路由器来防范。
为解决路由与交换的矛盾，网络厂商们提出了第三层交换
的概念，第三层交换机是一种综合交换机速度和路由器流量控
制功能于一体的新的网络互连设备。
1 路由和交换
路由器是网络七层架构的第三层设备，交换机则在第二层。
在网络中路由器和交换机各有优缺点，可以互为补充。
一 个封包如何送到目的地由路由器决定，在点到点式的网
络中，路由器是能胜任的。但在局域网中，相对10Mbit／S
的以太网路由器的速度在处理一定量的以太网互联时便开始力
不从心，处理100 Mbit／s以太网时更不行。路由器处理封包
的速度很慢，但在阻隔广播方面却相当有效，所以路由器不仅
使得子网间的通信变得可能，其另外派生出的控制广播的优点
更为可取。
当交换机收到一个以太网封包时，它会看一下自己的地址
表以确认该从哪个端口把封包发出去，速度相当高。但万一交换
机收到一个不认识的封包，即目的介质访问层(MAC)地址不能
在地址表中找到，所有的交换机都会把它扩散出去，就好象收到
一 个广播封包一样，二层交换机的弱点正是它处理广播封包的
办法不太好。
第二层的交换机只在介质访问层处理数据包，主要是检查
目的地的MAC地址，这个工作用专用集成电路(ASIC)来做速
度是非常快的，但由于它不查看数据包里更多的内容，无法作出
有关策略方面的判断，因而对数据流的控制能力不强。网络安全
控制要求察看网络层以上的数据，如目的IP地址、TCP端口号
等。这些都要求设备具有第三层交换的功能。
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2 第三层交换
不想用路由器是因为它慢，用交换机又不能有效地控制广
播。交换的性能需要，路由器的功能也不能彻底抛弃，二者的结
合导致了第三层交换的出现。第三层交换就是在保持路由器对
网络的控制能力的同时还能达到交换性能的一种技术。
在一个跑TCP／IP的以太网里，广播交通不可避免地占用
了一定的带宽，但因广播终究不是真正文件传输，应尽可能降到
最低，因此便把一个TCP／IP网分成若干个子网，使得广播局
限在子网内，子网间的通信即为第三层交换。
用交换机代替LAN中的路由器，它能自动控制子网间过
多的信息流量，当广播信息流量超过门限值时可启动节流阀来
减少广播以防止广播风暴。这时交换机起着代理服务器的作用，
在引导过程中，交换机处于监听和学习状态，当广播请求获得响
应时，交换机在每个子网络内建立一个ARP缓冲区(学习寻址
表或面向IPX网络的SAP寻址表)。利用ARP／SAP寻址表信
息为目标节点作出响应，回送经解析的MAC地址。通过学习地
址表的方法，交换机能够为网络中的任何节点(tg括远程子网络
节点)x,tN络节点地址进行解析。
设A和B以前曾经通过信，如果中间的交换机支持三层交
换的话，它会把A和B的IP地址及MAC地址记录下来。当其
他人(如C)要和A和B通信时，针对C所发出的寻址封包，三
层交换机会不假思索地送C一个回复封包告诉它A和B的
MAC地址，以后C就可以用A和B的MAC地址“直接”同他
们进行通信了，其中通信双方完全没有通过路由器这样的第三
者。即使A、B和C属于不同的子网，它们也能直接用对方的
MAC地址通信。更重要的是，第三层交换机能看懂三层信息如
IP地址、ARP等，因此能洞悉某广播封包的目的地，并以交换
的速度传到目的地。
第三层交换机是将核心信息包处理功能直接嵌入到微处理
器内部的标准路由器。一个高效率的第三层交换机必须能将第
二层和第三层的功能综合在一起。它必须同时具备人们所期望
． 31．
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电信科学 1998年第 5期
的高速率和低延时这种通常只有第二层交换机才有的特性，还
必须提供尽可能多的路由功能，如链路故障时的动态再路由及
在每一跳重新计算数据包校验和等功能。完成这些处理过程的
开销正是传统路由器的传输速率远低于交换机的主要原因。
表征一个第三层交换机性能的好坏的主要指标除了传输速
率和传输延时外，还要检验当出现阻塞情况时第三层交换机能
否平均分配数据流，同时第三层交换机还必须能跟踪网络系统
拓扑结构的变化，这其中涉及许多处理器密集型的如重新计算
路由等计算任务。
第三层交换机的体系结构不仅对提高局域网的性能有重大
贡献，而且也将影响未来局域网路由设备的设计思路。理想的第
三层交换机应以线速支持IP、IPX、AppleTalk等多种路由协
议，提供l0 Mbit／s／100 Mbit／s／1000 Mbit／s以太网链路，并提
供一些服务级别以设定交通流量的优先级，应具有保证安全访
问管理平台的特性。
3 第三层交换技术的发展现状
第三层交换是1 997年才出现的新技术，1 997年下半年才有
了实用化的产品，回顾第三层交换技术的发展过程，大致经历了
三个不同的阶段。
3．1 第一代：传统路由器
体系结构和传统的路由器一样，第一层和第二层的功能由
软件完成，软件运行在一个有固定内存的CPU上。这样的第三
层交换机其实是传统的路由器在原有的交换机里插入路由模
块，但它并不代表这种交换机就能自动成为第三层交换机，而要
看这个路由模块是否能保证交换机的所有端口在选择路由时达
到线速，以及能否直正实现对网络流量的控制。
3．2 第二代：ASIC的加人
加入用于优化第二层帧处理的ASIC可以加快数据包的转
发速度，使CPU只用于处理第三层的工作，ASIC使交换机的
性能提高了1O倍以上，降低了系统的整体费用。
3．3 第三代：新的体系结构
第一、第二代第三层交换机的转发性能与纯粹的第二层交
换机相比还是不够。而第三代第三层交换机彻底弥补了第二层
与第三层在性能上的差异，同时提供极强的对网络流量的控制
能力，并可完成大量的网络层的功能，从而提供高性能，更具灵
活性和扩展性。
除速度外，用户还要求网络提高实现策略方面的支持。典型
的策略有流量优先处理，网络安全控制、服务质量保证及网络流
量监控等。利用这些策略，可以为特殊的用户或服务器分配较高
的优先级，并使他们的应用获得更大的网络访问权限，可为视频
会议等多媒体应用提供服务质量的保证。
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捷径路由技术是一种新的交换和路由技术，其基本想法是，
让第一个数据包经过网络的第三层(网络层)，以保持一定的对
流量的控制(如防火墙检查)，以后的数据包直接在网络的第二
层传输，即一次路由，随后交换的思想。已有的捷径路由技术有
Fast IP和MPOA等。这种技术实现的成本低，但对网络的控制
能力不如第三层交换。较好的解决方案是，在网络的核心采用第
三层交换机，这里是绝大部分流量所经过的地方，第三层交换机
可以对整个网络进行控制。在核心的外层采用低成本的纯第二
层交换机，第二层交换机直接与桌面计算机连接，配合桌面计算
机上使用的Fast IP技术，可在需要的时候建立路由捷径。这样
既考虑了网络策略及线速路由，也充分调动了桌面计算机的智
能，使整个网络的性能价格比达到较高水平。
4 主流第三层交换技术
1 997年由美国干兆位以太网的后起之秀Foundry公司率
先推出了第三层交换机，随后各大网络厂商如Bay、3Corn、
Ciseo、HP等纷纷推出自己的第三层交换机，掀起了一股第三
层交换的浪潮，不少已获得了实际应用。国内也已经开始采
用。
美国Data Communications联合欧洲网络实验室(ENL)
进行了业界首次符合工业标准的第三层交换机测试，对以下项
目进行了评估：传输速率、基本延时、部分全互连情况下的延时、
阻塞条件下的流量再分配以及重新计算路由。结果显示Madge
Networks公司的3LS路由模块除了仅一项外在所有的测试项
目中都获得了最高分，Foundry Networks公司的Netiron显示
了最低的延时和抖动，Bay Networks公司的Aeeelar 100在网
络出现阻塞时显示了良好的流量分配特性。
3Corn公司新推出的CoreBuider3500是第一个支持IP、
IPX、AppleTalk协议的第三层交换机，具有线速功能。HP公司
的Advaneestaek Switch 2000采用自动广播控制技术和三层交
换技术能使IP／IPX子网络间的话务流以第二层的速度进行交
换。Ciseo公司的Tag Switching也于最近问世，其它众多网络
厂商也将陆续推出第三层交换机。
5 结束语
第三层交换技术是网络界的最新技术，虽然它还不够成熟，
缺少一定的冗余度和扩展能力，还不能大量使用，且目前都缺乏
用于Y一1、ATM或ISDN等连接的广域网接口，但它工作得很
好，以致于人们普遍认为所有路由器都采用这项技术只是时间
的问题。美国Gartner Group预计第三层交换机到1998年底将
取代6O 现在用于LAN分段的独立路由器。因此加快步伐赶
上业界几年一遇的“模式转换”乃当务之急。
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一 B—ISDN信令标准及应用研究
一 3| 既
／ (南京邮 孚 ~ 。210003)
摘要 本文根据 ITU—T最新研究资料，阐述 B—ISDN信令标准研究动向，着重从网络应用的角度分析相关研究的技术
特点和发展前景 ，并就进一步研究提出一些粗浅的看法。
关键词 B—ISDN —ATM 交换和信令 电鱼拯
1 ITU—T标准和研究方向 c}》
1．1 信令能力集标准
ITU—T SG11是宽带信令的归口研究组，负责B—ISDN
UNI信令 (DSS2)和NNI信令 (B—ISUP)协议的制订。为
了加快标准制订的步伐，适应飞速发展的电信市场的需要，
SGll采用分阶段实现的原则，将B—ISDN信令划分为3个能
力集 (CS)：
·CS一1：基本呼叫／连接控制。只支持点到点、单连接呼叫和
DBR业务，只能传送PCR业务量参数。其框架结构是N—ISDN
信令的延伸和扩充，在概念上没有新的突破。
· CS一2：增强的呼叫和连接控制。其目标是定义完备的各
类ATM业务QoS参数和业务量参数的传送能力，包括参数
的协商和修改能力，满足多媒体业务的网络层需要。它支持点
到点和点到多点单连接呼叫、点到点多连接呼叫和其它特殊类
型的呼叫，支持DBR、SBR、ABR和ABT业务，能传送
PCR、SCR、MBS(最大突发尺寸)、MCR (最小信元速
率)、RM—PCR(资源管理信元PCR)、CDVT等业务量参
数和QoS类别参数。
CS一2又可分为CS一2．1和CS一2．2两个子集，其研究进度和
SG13关于B—ISDN网络总体的研究进程密切相关。
· CS一3：多媒体业务控制信令。其目标是研究高层信令，支
持B—ISDN网络typel~type6各类连接，定义业务相关信息的
传送机制，全面满足多媒体业务的信令需求。
目前，ITU—T已基本完成CS一2．1信令标准研究，正积极进
行CS．2．2信令协议的研究。CS一3信令尚处于信令需求研究阶
段，主要研究信令需求建模和描述方法以及典型应用(scenario)
分析，已有若干基础文件。
1．2 研究方向和新课题
经过一个多研究周期的努力，B—ISDN信令基础协议系列
已经建立。与此同时，信息业特别是计算机网络技术和市场的飞
速发展，促使ITU—T以业务应用为目标调整其标准化研究进
程。各国专家认同下一步B—ISDN信令的两大研究方向是：
Internet和IMT．20003~撑信令，同时加强与其它国际标准化组
参 考 文 献
1 汪永明，黄载禄．小缓冲容量时 N★Burst／D／1／K服务系统丢失率．
电子学报，1997，25(4)
2 奚海峰，罗予频．双环容错局域网的重构算法及其稳定性．电子学
报，l997，25(7)
3 王吉阳．第三层交换技术的最新发展．计算机世界，1997
4 毛席龙，王宏．千兆位局域网网络技术．计算机世界，1997
[作者简介] 刘玉明，副教授 ，主要研究方向为计算机网
络、通信 、数字音视频技术等，近三年来出版专著1部，发表论文
16N。
Layer 3 Switching Technol ogy and Its Present Devel opment
Liu Yuming Yan Shike
(Electronics Center of Qingdao University，Qingdao 266071)
Abstract This paper introduces the latest network switching technology—layer 3 switching technology，and describes briefly all
stages of its development．Performances and characteristics of some main current layer 3 switching technologies are analyzed．
Key words LAN，router，layer 3 switching，wire speed (收稿 日期：1998—03—03)
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