交换网络的控制方法和Fast
IP技术
今天数据网络中的信息流模型正在发生变化。Intranet和各种新的信息共享型应用增加了子网间的交通流量。以往的客户机/服务器环境的80/20法则，即认为80%的信息流保持在局部子网之内的看法在今天的任一对任一的计算环境中不再成立。由于点击式的Web浏览器提供了强大的浏览能力，再加上Web站点的迅速发展，今天的最终用户已可在整个网络上漫游，从一个信息资源跳到下一个信息资源。所引起的信息流模型是瞬息万变和无法预计的。
与此同时，今天的网络主干采用了100Mbps或更高速度的技术——ATM、Fast
Ethernet和FDDI，而且下一代速度的技术──千兆以太网和ATM
OC-12（622Mbps）也已面世。而利用厂家设计的专用集成电路（ASIC）做成的LAN交换机能够在物理上分开的LAN网段之间进行高速转发。
但是，今天的LAN交换机把整个交换型的LAN当作一个逻辑网络，它把广播信息流和多址联播信息流转发给所有的端口，造成了不必要的开销。为了控制网络流量或使各组终端系统之间互相保密，有必要在LAN中使用路由器。
路由器减少了广播信息和多址联播信息流。它们还用于提供安全性，根据管理策略滤去某些信息流。路由器比LAN交换机昂贵，配置工作也更为复杂。虽然路由器比交换机能更好地控制网络流量，但路由器通常依靠软件和通用CPU来实现，因而其延迟较大，转发速度较慢。速度较快的交换网络与今天的网络环境中子网间的通信日益增多这两个因素对路由器提出了新的要求，而路由器在设计时又没有考虑到这些要求。
网络控制方法类别
随着人们纷纷寻求各种方法以消除IP网络中的路由器瓶颈，IP交换技术遂成为业界的一个热门课题。为了解决企业网络中存在的这个问题，已出现了许多的技术和办法，其中包括“直通路由”和所谓的第3层交换机。网络的一般规律是没有哪一种技术能解决所有的问题。因此，有必要逐一了解所有这些技术（图1网络控制方法类别）。
处处交换
“处处交换”的方法要求LAN中没有任何路由功能，路由器只用于WAN连接。由于所有的LAN信息流都经过交换机进行传输，所以这种方法能以最低的成本提供最高的性能。它对整个网络进行平整（即取消一切子网），使终端站可以访问LAN的任何部分，不必经受路由器的延迟或控制。这极大地简化了某些方面的网络管理，特别是因为终端站的地址与其物理地点无关，故增加/迁移/更改终端站极为方便。
从这种网络升级到更高速的网络技术如Gigabit Ethernet不需要进行重大的结构改变。只需增加带宽，网络就很容易支持“任意对任意”的Intranet交通模型。
这种方法的局限性在于其中没有任何减少广播流量的控制手段，也难以实现先进的安全功能。此外，企业还可能没有足够的空间来实现完全平整化的网络。随着网络的扩大，通常需要在某个层次使用第3层控制。
尽可能用交换、必要时用路由
这种方法继承了平整化交换网的简单性，但又在需要保证安全性、减少广播信息流或进行地址管理的地方增加了路由器。其主要设计目标是限制需要路由的信息流流量，以便提高性能和降低路由管理成本，同时使同一个逻辑子网上各个终端系统之间保持线路速度的交换性能�
如果交通流量在很大程度上是可以预计的，以致于在设计网络时可以把70%～80%的交通流量限制在各个特定的逻辑组内部，那就可以用虚拟局域网（VLAN）来产生这些逻辑组。此时路由器的作用只是在各个VLAN之间传输信息流。这种办法使工作组内部的性能因增加了带宽而得到提高，而在信息流通过传统路由器时工作组之间的传输性能有所牺牲。为了进一步减少流经路由器的信息流，可以给多个VLAN配置服务器，使多个工作组可以存取服务器的数据而不必通过路由器进行传输。
但是，企业并不总是能够预计和限定子网之间或VLAN之间的流量。在新出现的Intranet环境中，用户要访问分散于整个企业中的许多不同服务器的数据，因而交通流量往往是不可预计的和瞬息万变。在这些情况下，路由器可能成为网络性能的瓶颈。
一次路由，随后交换
“一次路由，随后交换”是一种新方法，其中包括各种已提出的技术如“IP交换”和“直通路由”。
这些技术的共同原理是：不同子网上的终端系统之间的通信先通过路由器进行，此后的信息流都取捷径更快的交换通路。不同技术的差别在于如何启用捷径：某些技术依靠终端系统来启动；另一些技术须使用中介或专用的交换机或路由器，还有一些技术以某种方式综合利用上述两种方法。后面将要详细介绍的3Com公司的Fast
IP技术属于后一类技术。它基于IETF的NHRP标准草案，运行在终端系统上。
“一次路由，随后交换”这种方法的优点是子网内部和子网之间的信息流均流经速度更快的高带宽通路。其中的最佳解决方案应能适用于现有的交换机和路由器。
处处路由
“处处路由”方法主张使用能够路由每个数据包的设备，过去的解决方案使用基于CPU结构的通用路由器，这样的解决方案提供了灵活性，但通常使性能局限在10万数据包/秒（pps）以下。新型的第3层交换机增加了先进的芯片技术，从而极大地提高了整机性能。这些交换机由于集成了先进的、经过充分验证的交换/路由能力，使网络控制方法得以过渡到“处处路由”的模型。
史无前例的高速度、简单的网络控制和基于LAN的策略服务，这些优点使第3层交换机最终将取代LAN核心中的大多数通用路由器。这些新型交换机提供线路速度的路由，完全消除了今天日益增多的子网间的任一对任一的通信瓶颈。
Fast IP技术
各种第3层捷径方法各有不同，3Com公司的Fast IP技术是一种软件解决方案，由网络接口卡驱动软件提供。
它采用IETF的NHRP标准草案，通过终端系统之间的请求响应过程来实现。这个过程可以在不同子网上的终端节点之间找出第2层通路，从而避开路由器慢道。Fast
IP速传过程与常规的信息流并行发生，因而可保证通信总是在进行中。Fast
IP工作于现有的第2层交换机和第3层路由器上，既改善了现有网络的性能又保护了已有的设备投资。Fast
IP易于实现，为基于数据包的网络和基于单元的网络提供了消除路由器瓶颈的解决方案。
Fast IP工作原理
Fast IP是由一个终端系统启动的。当终端系统有数据要发送给另一个子网时，它会发出一个NHRP请求。与此同时，数据被发送给路由器。NHRP请求是一个标准IP格式的数据包，其中含有源和目的地的MAC地址和IP地址以及帧类型，帧类型指出这是一个NHRP请求数据包。路由器仍起着控制点的作用，它按照已配置的策略滤除或转发这个包。如果目标站也运行Fast
IP，它认出这个NHRP请求，并利用该NHRP请求中所含的源MAC地址直接向发方终端系统发送一个NHRP响应。NHRP响应的通道上沿线的各个交换机根据目的地MAC地址转发该包。
原发方的终端系统所收到的NHRP响应将指出在子网之间存在交换型的连接通路。接着源终端系统将利用目标MAC地址直接给目标终端系统发送数据包，不再经由路由器转发，实现线路速度的交换传输。如果发出请求的终端系统没有收到对Fast
IP连接请求的响应，它就按照常规继续经由内定的路由器网并发送数据包。
Fast IP的实现不要求改变路由器的硬件或软件。在Fast
IP的基础设施中，路由器仍然用于执行第一级的过滤/防火墙策略。第三方的安全性服务器提供附加的安全性，交换机执行附加的过滤策略，主机系统也实现安全性措施。
Fast IP和802.1QVLAN
Fast IP的设计目标是支持新出现的IEEE802.1QVLAN标准。请求的终端系统除有源MAC地址外，可能还有VLANID。响应的终端系统向请求的终端站的MAC地址和VLANID发回NHRP响应，因而能在VLAN之间产生一条捷径。终端系统之间的通信此后都加上802.1QVLAN标记，而且都依据目的地的VLANID而不是依据源VLANID。IEEEVLAN标记方法还可以推广应用于ATM网络。
ATM网络上的Fast IP
Fast IP在ATM的仿真LAN（ELAN）上的工作方式与在普通LAN上的工作方式相同。属于不同子网的各个终端站被归属到一个ELAN，它们之间的NHRP请求和响应过程就如同在传统的LAN上进行一样。因此，Fast
IP将在同一个ELAN中的不同子网之间建立捷径，避开了路由器慢道。
Fast IP还可以与ATM上的协议（MPOA）结合使用。MPOA把ATM论坛的LAN仿真（LANE）和NHRP集成在一起，在LANE环境中有效地传输子网间的单址播送数据，在数据通路中不必有路由器。在含有多个分布式ELAN的网络中，Fast
IP可以用来在同一个ELAN中的不同子网之间建立捷径，而MPOA可以用来在不同的分布式ELAN中的不同子网之间建立捷径。
Fast IP的优点
* Fast IP是一种基于软件的技术，它使不同子网上的终端系统可以直接通信，避开慢速的路由器。它利用了终端系统的处理能力和应用日益广泛的第2层工作组交换机。
* Fast IP这种简单解决方案既利用了原有的网络基础设施，又使之能够支持新的高要求的应用。
* 由于Fast IP的连接请求须流经常规的路由通路，因此，基于路由器的安全性和网络中已确定的交通控制策略仍然支配着Fast
IP连接。
结论
Fast IP将满足和超过下一代网络如ATM和Gigabit
Ethernet的各项要求。由于Fast IP在建立连接期间让路由器参与一次，然后把路由器排除在数据通路以外，所以它能够保护交换控制能力，又能以千兆位/秒速度转发数据，使子网之间实现线路速度的传输。总体解决方案是把交换网的平整化、更高速度的路由和Fast
IP直通旁路技术结合在一起。随着网络的演变，3Com公司的Fast
IP解决方案将为优化未来的高性能网络提供所需的高速度性能。