周愛武

（深圳市普端科技有限公司，廣東深圳 518000）

文章主要介紹了三層交換機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，并通過分析現(xiàn)有技術(shù)，闡述數(shù)據(jù)鏈層設(shè)備二層交換與三層組合系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題，并介紹了深圳市普端科技有限公司相關(guān)產(chǎn)品及其理念。

1 交換機(jī)技術(shù)的現(xiàn)狀分析

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也得到了迅捷地改進(jìn)，可以利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行各種信息交流，但在實(shí)際應(yīng)用過程中存在一定局限性——目前我國大部分計(jì)算機(jī)系統(tǒng)都是采用單機(jī)運(yùn)行模式。在此情況下服務(wù)器和交換機(jī)之間需實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，而信道層是將不同設(shè)備間信號(hào)傳輸?shù)酵粋€(gè)平臺(tái)上同時(shí)完成信號(hào)的交互，如果交易裝備出現(xiàn)故障或網(wǎng)路時(shí)延等問題會(huì)造成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)崩盤，嚴(yán)重影響用戶使用體驗(yàn)感與效果。

1.1 二層交換和三層交換機(jī)技術(shù)的應(yīng)用趨勢(shì)

為了應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)廣播風(fēng)暴，為了安全和管理的可移植性，大型局域網(wǎng)根據(jù)不同的功能、范圍等原因被劃分為非常小的局域網(wǎng)，從而使VLAN 技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用，而由于不同VLAN 間的數(shù)據(jù)通信都需要先經(jīng)過Internet 路由器同意才能進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，因此網(wǎng)絡(luò)之間互相使用的時(shí)間長。通過路由器實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)的，但因?yàn)榻涌诘南拗疲酚伤俾时容^緩慢，不僅影響了互聯(lián)網(wǎng)使用的范圍和效率。而根據(jù)這個(gè)現(xiàn)狀，已經(jīng)基本出現(xiàn)了三層交換機(jī)，三層交換機(jī)都是基于IP 設(shè)計(jì)的，由于接口類型單一，二層轉(zhuǎn)發(fā)處理功能強(qiáng)大，非常適合于大型局域網(wǎng)內(nèi)的信息路由與轉(zhuǎn)換工作，它還能夠同時(shí)運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)第三層，可以部分地取代或補(bǔ)充普通路由器的作用，并且可以幾乎達(dá)到二層的轉(zhuǎn)換效率，因此具有相當(dāng)高的價(jià)格競爭力。

1.2 三層交換機(jī)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)

該技術(shù)的應(yīng)用是基于TCP/IPS 接口的底層交換設(shè)備，該層是在兩層網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，因此需要將每層之間使用以太網(wǎng)連接起來。同時(shí)也可以利用現(xiàn)有TCP/IP 上已有協(xié)議對(duì)其實(shí)現(xiàn)。通過這種方法能夠減少中間節(jié)點(diǎn)數(shù)目，并且降低成本和提高系統(tǒng)性能等來滿足用戶需求從而達(dá)到更好效果。因?yàn)槿龑咏粨Q機(jī)組采用的是開放式結(jié)構(gòu)，所以能夠?qū)崿F(xiàn)資源共享，且可以在不增加投資成本和運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用前提下提高經(jīng)濟(jì)性；同時(shí)也能保證系統(tǒng)中各個(gè)層次之間的信息交流。由于二層通信方式與傳統(tǒng)單層控制方式不同。因此需要對(duì)其進(jìn)行改造。二層交換機(jī)是將一臺(tái)三層中間設(shè)備直接安裝到底層主機(jī)進(jìn)行交換操作從而滿足四層中間設(shè)備的性能要求。

2 基于交換機(jī)機(jī)技術(shù)層面的分析

2.1 交換機(jī)的核心

交換機(jī)的核心結(jié)構(gòu)是一臺(tái)數(shù)據(jù)采集器，由功率放大級(jí)、控制模塊和電源組成。2層設(shè)備主要包括中央處理器（MIS）、底層控制器（MFCFEBCU）。其中上位計(jì)算機(jī)用于對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理；二層三層為系統(tǒng)中最重要的部分即底層控制器與上層計(jì)算機(jī)之間建立通信鏈路，保證整個(gè)交換機(jī)運(yùn)行時(shí)的正?？煽糠€(wěn)定以及安全有效地工作；四層交換機(jī)組則負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)采集器與層設(shè)備間設(shè)備接口連接功能和控制任務(wù)。

2.2 交換模塊

在三層交換機(jī)中，交換模塊主要是用來實(shí)現(xiàn)底層設(shè)備的數(shù)據(jù)信息，包括用戶層、中間層和管理層。

上層應(yīng)用系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)交換下層設(shè)備的運(yùn)行。包括底層系統(tǒng)控制、數(shù)據(jù)輸入端、控制邏輯部分等，并將其與終端進(jìn)行通信操作以達(dá)到對(duì)整個(gè)二層架構(gòu)狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控管理及顯示、分析處理相關(guān)事件功能等目的，同時(shí)也可以通過該界面向外界展示底層交換機(jī)制動(dòng)態(tài)信息以及層控的工作情況和性能變化趨勢(shì)。

2.3 交換機(jī)功能描述

通過對(duì)三層交換機(jī)的介紹，可知，該系統(tǒng)主要有以下功能。

（1）數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)底層交換機(jī)組向二層換入相同容量的上層單元。這樣就不會(huì)出現(xiàn)因?yàn)閾Q入不同級(jí)別用戶而造成資源浪費(fèi)，同時(shí)也避免了由于上下級(jí)間信道信息傳遞不暢等問題所導(dǎo)致的設(shè)備運(yùn)行效率低。

（2）三層交換機(jī)還能在一臺(tái)主機(jī)中進(jìn)行多個(gè)層次操作，并且能夠?qū)ι弦粚哟螐膶俚礁痈呒?jí)地控制和管理。

2.4 交換機(jī)的數(shù)據(jù)格式

（1）交換站：負(fù)責(zé)一臺(tái)設(shè)備或主機(jī)采集和傳送數(shù)據(jù)，并向其發(fā)送信息。

（2）用戶層：負(fù)責(zé)把來自不同級(jí)別的用戶層或者供應(yīng)商上傳到網(wǎng)絡(luò)中。

（3）接口協(xié)議和傳輸協(xié)議均由同一個(gè)服務(wù)器來完成。

（4）接口服務(wù)提供了一個(gè)通用平臺(tái)供大家共享使用，方便快捷、安全可靠地實(shí)現(xiàn)資源管理與調(diào)用。

（5）交換站還可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控等功能要求，從而保證數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)運(yùn)行過程中的安全性及可靠性。

2.5 三層交換機(jī)的技術(shù)分析

三層交換機(jī)是在第3層運(yùn)行的路由器上的部分功能路由器：標(biāo)準(zhǔn)OSI 網(wǎng)絡(luò)模型的網(wǎng)絡(luò)層。三層交換機(jī)的主要目的是為全域網(wǎng)加速數(shù)據(jù)交換，路由功能也是為了這個(gè)目的，可以實(shí)現(xiàn)單路多路轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包等常規(guī)操作由高速硬件執(zhí)行，而更新路由信息、維護(hù)路由表、路由計(jì)算、路由確定等功能則由軟件執(zhí)行。

在現(xiàn)有的三層交換機(jī)中，主要有兩種：①采用基于以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)；②利用路由器和總線實(shí)現(xiàn)。通過對(duì)上述數(shù)據(jù)鏈路層設(shè)備結(jié)構(gòu)、應(yīng)用領(lǐng)域以及性能特點(diǎn)進(jìn)行分析研究后發(fā)現(xiàn)，其整體上已經(jīng)具備了良好的兼容性及穩(wěn)定性等特性與優(yōu)勢(shì)。但是由于目前所使用的是三層交換站技術(shù)而非兩層交換站系統(tǒng)，所以在該層面也存在著一定問題有待解決：①底層配置資源不足導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸可靠性低；②三層交換站設(shè)備運(yùn)行環(huán)境較差，無法有效保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性；③其對(duì)交換機(jī)系統(tǒng)性能要求較高，但是在該層面也存在著一定不足。三層交換技術(shù)可以讓用戶在工作組之間擁有100 Mbps 和1000 Mbps 的無失真數(shù)據(jù)交換率，這也就是它的主要缺點(diǎn)，即只有當(dāng)用戶和服務(wù)器都能夠跟上網(wǎng)絡(luò)帶寬的增長，或者數(shù)據(jù)包到達(dá)了系統(tǒng)的極限，即超過CPU 能夠處理的最高速率，方可真正實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在更多的功能強(qiáng)大的工作站已經(jīng)接入到了桌面交換以太網(wǎng)，但是它們卻還不能充分發(fā)揮用戶的桌面能力，所以首要的問題就是提升服務(wù)器能力。

3 三層交換機(jī)的應(yīng)用解析

3.1 三層交換機(jī)的發(fā)展前景

交換機(jī)技術(shù)在不斷進(jìn)步和發(fā)展，在整個(gè)交換機(jī)市場(chǎng)中，三層交換機(jī)的銷量將占絕大多數(shù)，并伴隨著銷量的巨大增長。三層交換機(jī)產(chǎn)品價(jià)格下降，因此產(chǎn)品的性價(jià)比不斷提升，三層交換機(jī)市場(chǎng)也在不斷擴(kuò)大。

3.2 三層交換機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)

三層交換機(jī)的使用使得該層設(shè)備可實(shí)現(xiàn)與底層交換器直接進(jìn)行通信，同時(shí)還可以通過與上層交換器之間的數(shù)據(jù)通信來完成信息傳輸，因此在實(shí)際應(yīng)用中可以很好地解決底層平臺(tái)和三層系統(tǒng)間存在沖突問題。此外也能夠有效減少了中間媒介、中間鏈路占用資源。

三層交換機(jī)是基于DAC 層設(shè)備，可以與底層交換機(jī)組進(jìn)行通信，同時(shí)還能夠?qū)Χ訉拥膿Q流器和一層變頻器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)控制。在實(shí)際應(yīng)用中主要采用集中管理模式。該方式以分布式結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)架構(gòu)；其優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)簡單、維護(hù)方便且安全可靠性能較好；缺點(diǎn)是當(dāng)一臺(tái)交換機(jī)不工作時(shí)就會(huì)出現(xiàn)故障而影響到整臺(tái)機(jī)器運(yùn)行，因此需要及時(shí)對(duì)整個(gè)二層層進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和維修。

在該層交換機(jī)中，兩臺(tái)二層為同一個(gè)主設(shè)備，一臺(tái)用于底層主機(jī)，另一臺(tái)則是通過中間平臺(tái)進(jìn)行連接。由于一層換出了兩個(gè)不同供應(yīng)商的貨架。因此每層之間可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享和資源共用；同時(shí)也可對(duì)上一級(jí)各供應(yīng)商進(jìn)行調(diào)度，并控制整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等。功能要求較高且復(fù)雜程度較大的工作任務(wù)即可采用三層交換機(jī)技術(shù)完成該層交換。

3.3 三層交換機(jī)的運(yùn)行流程

①用戶層開始進(jìn)行接線工作。通過設(shè)置好底層網(wǎng)絡(luò)接口和接入端端口來實(shí)現(xiàn)對(duì)三層交換機(jī)能流通道內(nèi)所有設(shè)備及相關(guān)信息數(shù)據(jù)的收集。同時(shí)需要將底層路由器、終端網(wǎng)與相應(yīng)廠商之間建立連接關(guān)系。②設(shè)置好連接協(xié)議后再向各個(gè)不同廠家發(fā)送所需的訪問請(qǐng)求，并由對(duì)應(yīng)廠商處理完成上層級(jí)交換機(jī)服務(wù)，然后根據(jù)用戶層提供的不同要求給設(shè)備進(jìn)行配置工作。③三層交換機(jī)在運(yùn)行過程中需要對(duì)交換設(shè)備的層進(jìn)行相應(yīng)配置，包括底層路由器、終端網(wǎng)與接入地，同時(shí)還需考慮到不同用戶之間的通信問題。④三層交換機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)配置，并將其安裝到底層交換機(jī)組中，交換機(jī)層設(shè)備，通過設(shè)置好連接協(xié)議，實(shí)現(xiàn)不同功能的操作。

3.4 三層交換機(jī)的配置與維護(hù)

在三層交換機(jī)中，為了保證設(shè)備的安全，需要對(duì)二層交換機(jī)進(jìn)行配置，包括接地、保護(hù)以及檢查等。

（1）接地系統(tǒng)。對(duì)于一層換熱器來說其工作環(huán)境較好而且不容易受到外界因素影響。

（2）三層交換機(jī)中除了有兩臺(tái)新風(fēng)機(jī)組外還有一臺(tái)變頻器，并且在實(shí)際運(yùn)行過程中會(huì)出現(xiàn)由于內(nèi)部故障而引起的設(shè)備損壞。

4 主要應(yīng)用產(chǎn)品及實(shí)例

普端科技有限公司的IGS5052XF 型交換機(jī)（圖1）提供48個(gè)10/100/1000 M 的自適應(yīng)以太網(wǎng)端口，4個(gè)1000 M/10 G 的萬兆光口。所有端口均支持快速無擾切換和MDI/MDIX 自適應(yīng)功能，確保產(chǎn)品的高可靠性和低功耗。該交換機(jī)具有標(biāo)準(zhǔn)的19英寸外殼，可輕松提供各種桌面輸入功能。

圖1 IGS5052XF型交換機(jī)

普端科技有限公司為華南師范大學(xué)設(shè)計(jì)了一套性能卓著、高效穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)解決方案，推進(jìn)數(shù)字化校園建設(shè)，方案實(shí)施并驗(yàn)收完成后，得到了客戶的高度評(píng)價(jià)，并被列為示范項(xiàng)目。方案特點(diǎn)如下。

（1）靈活的AP 部署：在宿舍寢室內(nèi)安裝入墻式AP，既可無線全面覆蓋寢室范圍又可滿足有線接入的需求。而在走廊和大廳等其他區(qū)域部署少量的吸頂式AP 來覆蓋室外范圍。使用入墻式和吸頂式AP 的混合部署真正做到覆蓋無死角、漫游無阻礙且高速、穩(wěn)定的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

（2）先進(jìn)的認(rèn)證管理：為了網(wǎng)絡(luò)安全和可靠監(jiān)管接入網(wǎng)絡(luò)的人員的身份信息，本項(xiàng)目采用一套身份證信息采集系統(tǒng)。在管理員PC 安裝TG 認(rèn)證計(jì)費(fèi)客戶端軟件及身份證刷卡器，學(xué)生、訪客出示身份證，刷卡錄入身份信息。管理員根據(jù)不同需求并用身份信息開通上網(wǎng)賬號(hào)和計(jì)費(fèi)套餐。當(dāng)用戶終端試圖接入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，云盒子通過與認(rèn)證計(jì)費(fèi)服務(wù)器聯(lián)動(dòng)交互用戶賬戶信息，從而達(dá)到對(duì)用戶的精確認(rèn)證與計(jì)費(fèi)。

（3）統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理：每棟宿舍部署1臺(tái)云盒子M5，通過云盒子統(tǒng)一無線SSID，實(shí)現(xiàn)無線漫游；管理POE 交換機(jī)，監(jiān)控和管理交換機(jī)端口功率、電壓、電流。

（4）可靠的網(wǎng)絡(luò)安全：接入層使用TG-NET 智能POE 交換機(jī)，啟用端口隔離功能、STP 功能，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全。

5 發(fā)展前景

在未來，行業(yè)的發(fā)展前景將更加廣闊，但競爭亦激烈，應(yīng)采取有效措施去提高本企業(yè)的競爭力、降低成本等手段來提升自身實(shí)力。同時(shí)也需要從技術(shù)層面著手。

（1）加強(qiáng)對(duì)核心層設(shè)備性能的研究。

（2）注重?cái)?shù)據(jù)鏈路設(shè)計(jì)和管理。

（3）加大對(duì)關(guān)鍵性資源利用率的研究力度以及相關(guān)配套設(shè)施與技術(shù)研發(fā)方面投入資金等一系列問題都將成為未來公司發(fā)展方向之一。

6 結(jié)束語

通過對(duì)二層交換機(jī)和三層交換機(jī)的結(jié)構(gòu)、工作原理乃至技術(shù)特點(diǎn)的介紹，分析了兩者的技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r與市場(chǎng)應(yīng)用前景，同時(shí)對(duì)深圳普端公司進(jìn)行介紹分析。三層交換機(jī)技術(shù)是將整個(gè)系統(tǒng)分為不同部分，每個(gè)部分都有自己獨(dú)立的運(yùn)行機(jī)制。通過對(duì)各子層設(shè)備進(jìn)行分析比較并給出相應(yīng)設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合實(shí)際情況具體說明了數(shù)據(jù)鏈路層所應(yīng)具備功能模塊與上位機(jī)交換及二層交換機(jī)的主要應(yīng)用技術(shù)和實(shí)現(xiàn)方法。