三层交换实现远程接入

　　在以一端为中心，通过数字通道下联上百个节点的星型广域网络拓扑结构中，若用传统网络连接模式，其网络设备的处理能力有限和高昂成本是制约技术方案的两大重要因素。随着新一代宽带接入技术和设备的推出，新型网络连接解决方案也呼之欲出。

　　新型网络接入解决方案就是用支持三层虚拟局域网（VLAN）技术的核心交换机替代传统的路由器作为广域网连接设备，通过数字专线通道两端支持G.703-ETH转换的以太网桥接入，在两个局域网间实现广域网数字通道的透明传输，同时在中心为每个分支节点分配一个VLAN标识及一段IP网址。

　　近几年来，VLAN技术和三层交换机设备的发展日臻成熟，支持G.703-ETH转换的以太网桥设备也在普遍使用，这为网络技术的发展开拓了广阔前景。目前，三层交换机被广泛使用在楼宇、园区等规模的局域网中，以太网桥设备也仅用在局域网延长距离上，而将两种新技术产品有机结合起来大规模使用在星型广域网拓扑结构中，还需在实践中不断摸索完善。

　　图 传统网络接入模式与新的网络接入模式

　　VLAN技术

　　1995年，各种令人兴奋的新型局域网技术开始被应用。受到极大关注的技术是那些基于交换的，特别是交换以太网、快速以太网和ATM的技术。这些技术所最先带来的好处之一就是VLAN，它有以下几方面特点：

　　1) 在IP网络中易于更改、移动设备

　　在传统局域网络中，网络管理员花费大量的时间处理设备的移动和更改。如果安装了VLAN，则只需更改软件配置而无需移动设备。

　　2) 额外的安全性

　　在一个VLAN中的设备只能直接和本VLAN的设备通信，若跨VLAN通信，数据信息就需经过路由设备或支持三层的交换机。

　　3) 更有效的控制广播流量

　　在传统局域网络中，广播流量可能引起拥塞，因为数据发送到所有设备，无论它们是否需要。VLAN可以提高网络效率，可把需要通信的设备设置在同一个VLAN中。

　　4) 减少路由需要

　　VLAN在三层交换机中路由的特点就是：一处路由，处处路由。这将大大减少数据传输对路由的依赖。

　　5) 支持多媒体应用程序与高效组播控制

　　通信接入设备

　　近年推出的G.703-ETH以太网桥是很适合上述方案的通信接入设备，它具有以下特点：

　　1)G.703线路支持距离范围可达1km；

　　2)时钟可以设置为内时钟、线路时钟或外时钟；

　　3)具有插卡式和独立式两种结构，插卡式可插入14个槽位的19英寸机箱内，非常适用于中心机房集中管理，独立式可用于分支节点；

　　4)Ethernet接口有UTP（10BaseT/100BaseT）和BNC（10Base2），LAN表格地址可达10000个；

　　5)过滤及转发速率达每秒15000个帧，缓冲器可容纳200帧，吞吐量等待为1帧；

　　6)支持IEEE 802.1/Q，即VLAN延长帧方式（可选）。

　　这种设备的以太接口还有模块化的，可根据需要插接V.35模块与路由器相联；符合IEEE 802.3/Ethernet标准，还可根据网络设计需求，选用支持IEEE 802.1/Q的模块，该设备具有很高的灵活性和实用性。

　　路由器与三层交换机的比较

　　众所周知，路由器的价格相对于集线器和交换机来说比较昂贵，且低端路由器不支持G.703的直接接入，必须使用G/V转换器设备。在分支节点中，一般不会配置高端路由器，即使低端路由器也比集线器或交换机贵很多，而使用G.703-ETH桥接转换器做接入，其价格与G/V转换器相当，所以用新的网络接入解决方案，规模越大，下联的节点越多，节省的资金就越可观。

　　当上联中心端使用三层交换机做接入后，下联的分支节点不需任何档次的路由器，只需配备一台集线器或交换机以及G.703-ETH桥接转换器，约需一万元左右。

　　1.端口密度和扩展能力

　　无论使用哪个厂商、哪个型号的路由器，都存在接入数量的限制，以Cisco 7513路由器为例，这是当前业界能提供最大E1端口密度的设备，仅为168个。对于多于此端口数量的需求，只能使用第二台路由器设备来扩展。而使用交换机，可以说不存在接入数量的限制，以Cisco Catalyst 6509为例，虽然其10/100M端口的密度可以达到336个，但对于更多数量的接入还可通过级联支持二层VLAN的交换机做扩充，这个数量是无限的。

　　在方案设计时可为每个分支节点分配一个VLAN标识，Cisco Catalyst 6509有1000个标识可供分配，当分支节点多于1000时，可让两个数据量较小的节点共用一个VLAN标识。

　　2.数据处理能力

　　路由器的包转发率一般为几百kpps，总线带宽2Gbps；而交换机的包转发率可达150Mpps以上，背板带宽更可高达32Gbps。由此可以看出，三层交换机的数据处理能力远远高于路由器。

　　3.协议支持

　　三层交换机与路由器一样，支持IP、IPX、DECnet等网络协议，也支持RIP、OSPF等开放的动态路由协议。简单地说，在常用场合，路由器支持的大部分协议交换机都能够实现，而交换机特有的一些功能路由器则无法实现。

　　4.模拟通道、X.25和帧中继

　　模拟通道只能以低速通信，必须通过频带Modem调制解调，没有相应接入设备使之转换到Ethernet；而X.25和帧中继都是点到多点的连接,不是专线网络，交换机不能支持这些连接，路由器才能完成。但有些高端核心交换机例如Cisco Catalyst 6509，它可接插支持广域网的模块，可实现路由器能完成的所有功能。

　　5.冗余通道支持

　　当冗余通道是相同的数字通道时，交换机有个特有的功能：就是将两条以上的相同物理链路集合成一条逻辑链路，带宽累加，只要其中一条链路是好的，就可保持连通性。该功能3Com的设备定义为Trunk，Cisco设备定义为Channel，其原理类似，都是在物理链路层实现的。

　　当冗余通道是数字通道和模拟通道并存时，必须用路由器，为避免动态路由占用广域网带宽，在分支节点可根据使用产品不同而选用HSRP(Hot Standby Routing Protocol)或VRRP(Virtual Router Routing Protocol)协议，在中心端可在局域网中用RIP或OSPF动态路由协议实现路由器与交换机之间的路由信息交换。若使用带广域网模块插槽的核心交换机，自身就可以完成动态路由信息交换。

　　6.性能价格比

　　路由器与交换机的性能和价格本是不可比较的，因为路由器是广域网设备，交换机是局域网设备，不具可比性，但使用三层交换机替代路由器的接入方案后，这个比较则是必须的。

　　一台具有一定E1端口接入数量的路由器需几十万元人民币，而一台支持三层的低端交换机不到十万元人民币，高端核心交换机也仅需几十万，根据需要不同，配置也不同。交换机与路由器端口成本相差十倍，而处理能力高数十倍，如此高的性能价格比差为新型网络接入解决方案提供了重要依据。