通信工程师考试计算机网络使用的交换技术

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4.1.4 计算机网络使用的交换技术

计算机网络以共享资源和交换信息为目的。从服务范围看，计算机网络分为局域网（LocalAreaNetwork,LAN）、城域网（MetropolitanAreaNetwork,MAN）和广域网（WideAreaNetwork,WAN）。

早期的LAN为共享传输介质的以太网或令牌网，网络中使用总线型交换网络、半双工方式进行通信。当用户数增多时，每个用户的带宽变窄，而且极易导致网络冲突，引起网络阻塞。解决这一问题的传统方法是在网络中加入2端口网桥，即采用网络分段技术。在一个较大的网络中，为保证响应速度，往往要分割出数十个甚至数百个网段，这使整个网络的成本增加，网络的结构和管理更复杂。

局域网交换技术是在多端口网桥的基础上于20世纪90年代初发展起来的，它是一种改进了的局域网桥。与传统的网桥相比，它能提供更多的端口（4-88），端口之间通过空分交换网络直连或釆用存储一转发交换技术。局域网交换机的引入，简化了大型LAN的拓扑结构，减少了冲突和带宽窄的问题。

局域网交换机仍然采用广播式分组通信方式，这会导致广播风暴，因此又引入了路由器。路由器将不同的LAN互连，可以隔离广播风暴。路由器具有路由选择功能，可以为跨越不同LAN的流量选择最适宜的路径，可以绕过失效的网段进行连接，还可以进行不同类型网络协议的转换，实现异种网络互连。

路由器将很多个分布在各地的计算机局域网互连起来构成广域网，可以实现更大范围的资源共享。如今最大的广域网是Internet,它使用TCP/IP协议族。

路由器的连接是借助公共传输网络（如电信网）实现的。公共传输网络基本可以分成3类：一类是电路交换网络，主要是公共交换电话网（PublicSwitchTelephoneNetwork,PSTN）和综合业务数字网（IntegratedServiceDigitalNetwork,ISDN）；一类是分组交换网络，主要是X.25分组交换网和帧中继等；还有一类是数字数据网（DigitalDataNetwork,DDN）和光纤传送网。

路由器使用无连接的分组交换技术。它的工作是检查进入的数据包，将其目标地址与路由表中的项目相比较，如果是直接相连子网的站点，则路由器将其转发到目的地；否则，查询相应的路由表，选择合适的路由通过物理网络将其送到邻接的路由器。

传统的路由器对每个要转发的分组进行大量的处理，因此要求传统的路由器具有丰富的功能，要能够同时支持多种协议，具有上百个可配置的参数，能够实现复杂的分组过滤机制，增强对网络的控制。这些丰富的功能通常是通过软件获得的。遗憾的是，随着网络中通信量的增加，软件处理的速度越来越慢，拥挤成为突出问题。

为了解决传统路由器的瓶颈问题，人们引入了高速路由器。高速路由器采用多层交换技术，通过两种独立的方法解决瓶颈问题。

（1）基于硬件的转发，加速转发处理过程。提高路由器速度的方法是改变其结构，将路由计算、控制等非实时任务用软件来实现，分组转发等实时工作用硬件实现，这样转发数据分组的速率达到了每秒数千万个。

（2）基于流或标签的转发，根据通信的目标地址优化路由，使用较短的固定长度的标签对数据流进行转发，避免对分组的重复性选路。

这两种方法的优点在于它们互相补充，可以配合使用来改善整个网络的性能，增强网络的可扩展性。已经出现的多层交换技术有：第2层交换、第3层交换、第4层交换、ATM上的多协议互连（Muti-ProtocoloverATM,MPOA）、标签交换（TagSwitch,TAG）、多协议标记交换（MultiProtocolLabelSwitching,MPLS）等。

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