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交换机发展的历史

2020-02-24 16:07云杰小编阅读:202

交换机发展历史

从1989年第一台以太网交换机面世至今,经过20多年的快速发展,以太网交换机在转发性能上有了极大提升,端口速率从10M发展到了100G,单台设备的交换容量也由几十Mbps提升到了几十Tbps。凭借着“高性能、低成本”等优势,以太网交换机如今已经成为应用最为广泛的网络设备。

随着以太网的发展,以太网交换机也在持续演进。早期的以太网设备如集线器是物理层设备,不能隔绝冲突扩散,限制了网络性能的提高。交换机(网桥)作为一种能隔绝冲突的二层网络设备,极大地提高了以太网的性能。随着技术的发展,如今的交换机早已突破当年桥接设备的框架,不仅能完成二层转发,也能根据IP地址进行三层硬件转发,甚至还出现了工作在四层及更高层的交换机。

根据交换机工作的协议层次,将交换机划分为:二层交换机、三层交换机和多层多业务交换机,简单回顾一下交换机的发展历程。

交换机前身:集线器

说到交换机,不得不先说一下和交换机外观非常类似的集线器。

集线器(Hub)工作于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层,即“物理层”,其主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大,以扩大网络的传输距离,同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。

由于集线器收到报文会向所有端口转发,同时只能传输一个数据帧,通过集线器相连的所有主机处于同一个冲突域中,因此,当有多台主机同时发送数据报文时,大量的冲突将导致性能显著下降,这也意味着集线器所有端口都要共享同一带宽,以集线器为核心构建的网络是共享式以太网的典型代表。

严格来说,集线器不属于狭义上的交换机范畴,但由于集线器在网络发展初期具有举足轻重的作用,在很长时间内占据着目前接入交换机的应用位置,因此往往也被看成是(第)一层交换机。

二层交换机

交换机是在多端口网桥的基础上逐步发展起来的,Kalpana公司在1989年发明了第一台以太网交换机,EtherSwitchEPS-700,对外提供7个固定端口。

最初的交换机是完全符合OSI定义的层次模型的,也就是说工作在OSI模型的第二层(数据链路层),因此也被称为二层交换机。二层交换机识别数据帧中的MAC地址信息,主要根据MAC地址选择转发端口,算法相对简单,便于ASIC实现,因此转发性能极高。交换机的出现,解决了集线器的冲突域问题,使得以太网从“共享式“步入了“交换式”时代,大大提高了局域网的性能。

三层交换机

在引入VLAN之前,交换机只能隔离冲突域,而不能分割广播域。然而在TCP/IP协议栈进行通信时,广播或组播类型的协议报文会被广泛使用,如ARP/RIP/DHCP等。如果整个网络只有一个广播域,一旦发出广播报文,就会传遍整个网络,这样不仅会影响到网络带宽,而且还会对网络中的主机带来额外的负担。

随着时间的推移,网络由最初的军事、科研用途逐渐融入人们的日常生活,网络用户数急速提升,广播域带来的问题愈发明显。虽然VLAN在交换机上能够实现广播域的隔离,但VLAN之间的转发还是要通过路由器来完成。相对于交换机而言,路由器不仅价格昂贵,而且性能较差,无法满足大量用户对大带宽的需求,人们呼唤能工作在ISO模型第三层的交换机,在满足客户需求的同时继续保持“高性能、低成本”的传统优势。

三层交换机的发展经历了一个小插曲。由于早期的ASIC芯片无法独立完成三层转发的完整功能,2002年左右出现的“三层交换机”采用了广为流传的“一次路由多次交换”技术,逻辑上可以看成在原有二层交换机之上“扣了一个三层的帽子”,因此对外表现为“弱三层、强二层”的特点。但随着芯片技术的发展,很快ASIC就支持了硬件路由查找功能,真正实现了全硬件三层转发的交换机,因此最终“三层交换机”只是昙花一现,很快被全硬件三层转发的交换机所取代。为了避免与前期的“三层交换机”相混淆,支持全硬件三层转发的交换机往往也称为路由交换机。

文章标题:《交换机发展的历史》

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