三层交换机分析

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三层交换机分析

2003-10-09

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三层交换机分析

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什么是三层交换机

在 92 年就已经有三层交换机诞生那么到底什么是三层交换机呢在早期人们想把二

层交换和三层路由功能结合在一台设备上以减少设备数量那时第三层交换是基于软件

的转发速度很慢后来才发展到以硬件来实现三层交换从今天来看三层交换机实质就

是一种特殊的路由器是一种在性能上侧重于交换二层和三层有很强交换能力而价格

低廉的路由器它以 ASIC 实现 IP 包的三层交换其交换能力都在 MPPS 以上而传统的

路由器一般不超过 10 万包/秒这里指的是单块板的转发能力不是指采用分布式转发情

况多块板的总的转发能力也不包括现在采用昂贵的网络处理器构成的 GSR 等此外现在

有更高速 CPU 推出但也很难超过 1MPPS 3 ) 网络处理器价格高昂在于它除了三层

交换部分本身比较复杂外它还有很强的 QOS POLICY 等功能以 IBM 的 Rainer 处理

器为例它的硬件可管理上千个流软件配置不同流的带宽内嵌 PowerPC 处理器拥

有大量的协处理器和硬件加速器可以并行地处理数据而三层交换机的转发部分为了降低

成本根本不可能线速支持上千个流并有能力进行带宽分配原来有人有一种观点那就是

用最长匹配实现大路由表查找的 CAM 很贵换句话说用硬件来实现大路由表的最长匹配搜

索成本很高从调查资料来看这种观点看来并不一定对路由表的搜索采用 CAM 实现成

本也并不高以 Kawasaki LSI 公司的支持最长匹配搜索的的 CAM 芯片 KE5BLME064 为

例它支持 64K 的路由前缀项每个 ENTRY 40bit 宽包搜索速度可达 6.7Mpps 时

延为数百个纳秒而价格不到 60 美元 6 当然减少支持的路由表项无疑能降低成本而

且就三层交换机通常的应用环境来看不需要太多的路由表项因此一般三层交换机支持的路

由表项比 GSR 要少例如 CISCO 4000 系列只支持到 16K--32K 路由表项北电的ACCLER

1000 支持 32K 不过 CISCO 应用在 6500 系列上的 SUPER ENGINES 2 已经支持到 128K

已经可以和骨干网路由器的表项相当了 CISCO 设计的转发引擎上支持的路由表越来越大

和 CISCO 考虑到三层交换机往城域网和骨干网上应用有关总的来看网络处理器之所以

贵应该还是贵在它的灵活性上贵在支持 QOS POLICY 以及多种协议尤其是有些协

议还没有完全形成标准网络处理器可能只需修改软件就可以支持多数三层交换机就有困

难这也导致有很多厂家早期三层交换机与现在的协议不兼容网络处理器要对包内容进

行更多的识别更复杂的调度为了达到线速处理里面常集合多个微引擎支持多线程处

理这些也许才是导致网络处理器价格急剧上升的主要原因相比起来三层交换机在这方面

能力就很弱例如 CISCO 6000 系列只支持 16 个 QOS 队列 4000 只支持一个 5500 支

持两个而 Extreme 的三层引擎只支持 4 个队列

因为是采用硬件实现三层交换所以交换速度能做到很高但要想同时支持大量三层协议

如 IP, IPX AppleTalk, DECnet 等等这些协议的封包格式不一样用软件实现起

来容易用硬件实现却非常困难用硬件实现转发的协议太多只会带来成本的急剧上升

因此三层交换机上一般只考虑支持较为常用的 IP IPX 协议 IP 多播也有的三层交换机

支持其它的但那是用软件实现的转发速率较低例如 CISCO 的 CATALYST 6000 系

列就在 MSFC 上用软件实现 AppleTalk 等转发速率在 10 万 20 万包/秒 4

三层交换机现在主要提供以太网接口以太网技术简单价格低廉在企业网里应用最为普

遍三层交换机采用以太网接口能为企业网提供廉价而高速交换的设备替代价格高昂而

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