交换网络的路由技术

交换是当前网络技术发展的方向。路由技术是交换网络的重要组成部分。交换网络中路由技术选用得正确与否，将直接影响到网络的整体性能的好坏。因此路由技术越来越受到生产厂家与网络设计人员的重视。
一、三种路由技术
目前交换网络中的路由技术有三种，其中第一种是最为保守的方法，即第三层的路由器与第二层交换机相结合的方法。第二层交换机严格限制于桥结构，用于同一虚拟网内的不同节点之间的数据交换，在OSI参考模型的第二层，即数据链路层实现虚拟LAN的功能，将第三层的功能留给路由器实现，由路由器完成虚拟网络之间的数据传输与建立LAN与企业主干网连接的工作。
第二种方法采用分布式路由技术。其特点是它使用多层交换机，将第二层的桥与第三层的路由结合在一起，有的文献也将多层交换机称之为第三层交换机。它本身所具有的路由功能支持虚拟LAN ，并支持大多数同一虚拟网内或不同虚拟网之间节点的通信，减少了工作组与部门之间所使用的路由器的数目。但它仍然不能完全摆脱使用传统路由器，这是因为多层交换机只能提供高档路由器所能提供的协议、安全、交通治理及与WAN连接功能的子集。如CISCO公司7000系列路由器能够处理12种协议并支持点对点、电路交换与信元交换的广域网通信，而Alantec公司生产的Powerhub多层交换机却只能处理三种协议:DECnet、IP与IPX ，并且没有WAN接口。因此，多层交换机网络中需要使用路由器作为广域网的网关，并完成较为复杂的路由功能。
交换网中的第三种路由技术则采用了一种全新的结构:路由服务器与边界交换机相结合。我们知道，传统的路由器完成信息包的转发与路由选择两项工作。而基于路由服务器的网络则由两个独立的设备分别完成上述两项功能:边界交换机完成信息包的转发，而路由信息的确定由价格较为昂贵的路由服务器完成。边界交换机只有在自己的地址表中找不到目标节点的地址时才访问路由服务器，此时路由器对之响应一个正确的地址，交换机再将该信息缓存备用。需要指出的是，目前路由服务器与交换机之间的通信协议还不统一，不同厂家的产品还不兼容。
二、比较与评价
上述三种路由技术各有特色，网络设计人员可根据实际情况加以选用。为使人们对它们有更好的了解，我们分以下四个方面对它们进行比较。
1.组网规模
网络的大小是选择何种路由技术组网的决定性因素。第二层交换机与传统路由器相结合的办法适用于较小规模的网络，其特点是经济实用。但当主干网扩展成比较大的网络时，第二层虚拟LAN的开销将明显增大。
随着主干网的扩展，多层交换机的智能优势得到充分发挥，由于它仅向那些属于某一特定子网的网段转发广播，因此减少了主干网上广播交通的数量。由于多层交换机组成的虚拟网络具有过滤功能，并能节省主干网的带宽与端站点的时钟，因此虚拟网络的安全性较好。另外，它与第一种方法相比，由于交换机可在工作组与部门范围内同时负责交换与路由选径工作，故节省了传统路由器使用的数目。分布式路由器法与路由服务器也比较适用于大型的分布式网络。
2.延迟
网络延迟的增加会导致网络性能的下降，网络延迟的大小一般与设备在转发交通之前所必须处理的作业的大小成正比。对于第二层的以太交换机来讲，由于第二层虚拟网本质上使用桥而不使用路由器，因此相对速度较快，当执行一个简单的MAC地址寻找时，一个信息包(64字节)的延迟小于100微秒。第三层路由器的使用增加了头标的寻找及某些算法的执行，因此大大增加了信息包的延迟，其延迟时间高达5毫秒。
可见，对于由第二层交换机与第三层路由器结合组成的网络，当交通经由交换机时具有相当好的性能;当交通从一个交换机经由路由器流向另一个交换机时性能较差。
几乎所有的第二层交换机与软件配合使用都能将节点组成虚拟网络(广播域) ，并以此改善网络的性能。同一虚拟网内节点之间的交通在MAC层进行交换，延迟较小。不同虚拟网之间的节点交换信息时，信息包传递要经过路由器，此时网络延迟较大。
分布路由技术答应交换机在第三层协议子网ID虚拟网间传递信息，能克服上述路由器所形成的瓶颈。
路由服务器法使用边界交换机做出路径的选择。偶而在边界交换机不知道发送目标地址时，才向路由服务器发询问信息包，此时才会出现寻径的延迟。正常情况下，交换机可以直接在缓存地址表中查找地址，之后可直接转发信息包，此种情况下产生的延迟与MAC层交换机的延迟基本相同。
3.治理
路由信息存放于网络中各个路由器中，每种协议都有相应的表列。网管人员必须逐个对路由器进行配置，其中包括滤波器的设置，增加、修改路由表等。加之人机界面是基于文本的界面，因此当企业网扩展到较大规模时，路由器的治理与配置是相当费时的。
分布式路由技术不利的一面是其治理的开销与路由及交换表数目的增加呈指数增加趋势。为了克服这一缺点，生产商家拟采用以下措施:在中心控制台制定交通管制策略，并通过网络自动传播，从而避免对每个设备逐一配置，并增加图形人机界面。
路由服务器的特点是易于治理，只需对一个路由服务器的配置就可提供高质量的服务与虚拟网络的治理。如Cabletron公司的Securefast治理程序就能够答应网管人员利用屏幕，对不同组的用户分配访问权限，通过执行该软件将访问权限通知所有的交换机。
路由服务器方法的另一个优点是，答应网管人员透明地制定交通治理策略，不必关心端站用户的类型。例如，网管人员可将以太交换机上的节点与ATM上的服务器分配给同一个虚拟局域网，而不必输入以太节点的MAC或IP地址，也不必输入ATM节点的VPI/VCI 。4.价格
价格是人们组网考虑的另一个主要因素。以下作者给出几个公司生产的50、250、500个端口三种路由方式产品的平均每个端口价格的对比情况(见表1～2) 。这里每个端口的价格是用端口的数目去除网络设备总价格所得的结果，网络设备包括以太交换机、ATM交换机、路由服务器与第三层路由器。
路由服务器组网方式只有Newbridge公司给出价格，其50、250、500个端口设备每个端口的平均价格分别为1920、1520与1435美元。
从上面给出的数据可以看出，基于第二层交换与路由器方式组网的方案价格最便宜，分布式路由技术组网价格最高，而路由服务器方式组网价格适中。从中我们还可发现，使用第二层交换机与第三层路由器组网时，随着网络规模的扩大，平均每个端口的价格越来越小，路由服务器组网的情况与之类似。但分布式路由器组网方式平均每个端口的价格受网络规模影响不大。
三、与ATM主干的连接
由于路由服务器与分布式路由方式组成的交换LAN与ATM主干相连目前还没有统一的标准，故各公司提供的连接方式也不尽相同。
常见的方法是将以太或令牌环局域网交换机的所有虚拟网的交通送往装有ATM接口卡的路由器，但这种作法的缺点是路由器将会成为整个网络的瓶颈，影响了网络的整体性能。
较好的方法是，以太LAN交换机都备有各自的ATM接口，从而答应LAN交换机与ATM交换机直接建立连接，不必经由路由器，这是一个明显的改进。但不同虚拟网之间的数据传输仍需经过路由器，瓶颈依然存在。
目前关于传统的交通在ATM上传输有两种标准:其一是ATM论坛制定
的LAN仿真，另一种标准是国际计算机互连网络工程任务组IETF制定的ATM上的传统IP标准(IPOverATM) 。LAN仿真运行于介质访问控制MAC层，它的最大好处是，能确保以太及令牌环的交通在不需对应用程序及人机界面做任何改变的情况下在ATM网上正常运行。IPOverATM标准与LAN仿真具有相同的目的，与LAN仿真不同的是，它只答应ATM交通运行于IP网络。但是，它们都没有彻底地解决不同虚拟网之间交通的传输，仍需要在不同虚拟网之间设有路由器:路由器将信元装配成信息包，完成路由选择，并在发送前再将信息包恢复成信元，这样做效率明显要低得多。为了消除路由器形成的瓶颈， ATM论坛制定了ATM上的多协议传输标准(MPOA) ，其目的是解决ATM上的多种协议的传输，这其中包括IP、IPX/SPX与Appletalk等。MPOA的不同虚拟网之间的路由交通是基于网络层的交通信息(如IP子网地址) ，以达到避免使用外部路由器的目的。
四、结论
综上所述，三种路由器技术各有特点，各有所长，用户可根据自己的实际需要加以选择。需要强调的是，路由技术在当前，乃至于在可预见的未来，仍是交换网络的一个非常重要的组成部分，路由技术选择的正确与否会直接影响网络整体性能，必须予以足够的重视。