数字档案馆网络中交换机分析、选型与设计

1 数字档案馆及其技术结构

档案馆馆藏文献信息的数字化和网络化是数字档案馆概念或定义的两个基本要素，因此，有时人们又把数字档案馆称为电子档案馆、虚拟档案馆。

从数字档案馆的馆藏、应用来看，发展进程总是与人类社会科学技术的发展紧密相联系的，数字档案馆的相关技术如下：数字化技术；高密度存储技术；多媒体技术；计算机技术；通信和网络技术。

数字档案馆的主要技术特征如下：

数字档案馆采用分布式数据库和知识库：通过先进的数字化存储技术，对信息资源建立分布式的大型文献信息库及检索系统，对海量数据进行存储和管理；

数字档案馆采用计算机网络使远程档案信息的共享成为可能，克服了地理时空和信息类型的局限，把本地的常用馆藏（印刷型、缩微型、电子型）与通过计算机网络提供的世界各地档案馆的服务以及其他信息资源、知识资源结合起来；

数字档案馆是一种知识管理实体，在知识信息检索模式上可以通过多种媒介、多种语言、跨地域、跨数据库进行检索，各知识信息资源库之间实现全球链接；

数字档案馆采用以用户为中心的服务模式：通过计算机网络，用户不必直接到档案馆查找资料，只需坐在网络终端前，就可以对远程的数据库（包括各个信息服务中心、档案馆，国家和国际上的信息数据库等）进行联机浏览、检索，当用户在联机查找过程中遇到问题时，档案馆员可向用户提供各种形式的方便灵活的服务。

根据这些本质特征，也可以将数字档案馆的特点概括为五个方面：信息实体虚拟化；信息资源数字化；信息传递网络化；信息利用共享化；信息提供知识化。

数字档案馆的技术整体解决方案为三层技术架构，分别为档案资源加工层、档案资源管理层、档案资源应用服务层。

首先，由档案资源加工层将各种类型的资料转化为有序的数字资源。将各种纸质资料、音频资料、视频资料进行数字化加工，转化为数字格式的资源；有目的有方向地采集原本无序分散的网络资源，将之进行初步有序化处理；将各种数据库、电子档案等进行必要的格式转换、数据标签等处理，使各种资料具备数字档案馆的基本管理和服务需求。

经过加工的数字资源进入资源管理层。资源管理要完成的工作任务是：网络资源的分类、整合及；对各种异构的数字资源进行整合，使之形成统一的检索和使用界面；将经过加工和带有标签的数字资源进行多种表现形式的。

直接面向用户和读者的是应用服务层。系统对用户进行个性化服务，用户能定制自己所关注的资源信息，及时获取由档案馆系统根据用户关注点所自动推送的即时信息。通过云计算提供异构资源检索平台，使用户真正享受到远程、跨数据库无缝检索。

2 数字档案馆网络中第三层交换机的分析与选型

交换机是数字档案馆网络中关键设备之一，根据网络类型分类常见的有以太网交换机（Ethernet Switch）、ATM（Asynchronous Transfer Mode Switch）交换机等；根据网络开放七层模型（OSI）划分有第二层交换机和第三层交换机。

下面重点介绍目前在高速局域网中应用的第三层交换机。

在三层交换机产生以前，在数字档案馆的建设中，采用交换网络存在这样的问题：当系统规模扩大到一定程度后，每个站点可使用的有效带宽会减少，网络的性能会下降。如果根据一定的条件将整个网络划分成许多子网，这样一来可以增加网络的冲突域，扩大系统的联网能力。可是当各个子网之间需要通信时，由于二层交换机是链路层设备，其致命弱点是不能有效跨越异构子网寻找网络层地址，所以只好选择路由器，路由器能够实现子网之间的互连，带来的问题是价格高、延迟大，本来具有“线速”的交换网，经过路由器以后又变得非常慢，无法适应人们的需要，人们需要一种像交换机一样快的路由器，或者具有路由器能力的能识别三层地址的交换机，由此便产生了三层交换机。

2.1 三层交换机的基本工作原理。三层交换机就是将网络层的功能融入交换机，以交换机的性能完成路由器的功能，即二层的桥和三层的路由合二为一，使得网络的路由功能分布于整个网络中的各个交换节点之上。第三层交换机兼有第二和第三层传输功能，因而它能支持大多数同一虚拟网之间节点的通信，还能够完成广播域的隔离，同时，用它来代替传统的路由器在局域网之间的互连功能。采用三层交换机可以完成路由寻径，降低时延，完成数据包的转发。

具体实现方法可以分为如下两类：

第一类是在交换机上增加第三层转发模块，将路由器的三个核心过程中的第三层转发部分以硬件形式来实现，同时优化路径查询中的路由算法。具体过程是：当第三层交换机收到一个数据包时，首先在一个地址缓存中完整的32位的目的地址路径表项查找该数据包的目的地址，当找到了相应的表项后，数据包就通过硬件很快被转发到下一跳的路由器去。

第二类方法也是在交换机上加载第三层转发模块，但其转发功能完全由硬件实现，其中包括三个核心过程的路由查询、第三层转发，另外如多址广播、广播等也由硬件实现，充分利用了硬件处理速度快的优势。

三层交换机把路由器识别网络层地址的载能引入传统的交换机，它虽然不能取代路由器接入广域网等全部功能，但能在链路层实现三层传输，既能提供子网与局域网之间的连接，又能保持交换机的低延迟、低价位、大流量的固有特性，这样就满足了日益增长的视频和Internet需求。

2.2 Bay公司的三层交换机Switch Node。Bay公司的三层交换机Switch Node总体结构称为快速转发分布交换体系结构，由一个基于68060CPU的控制处理器，以及四个具有不同端口的插入模块组成，该交换机逻辑连接如图1所示。

控制处理器的功能是集中管理四个插入式交换模块，核心任务是完成自学习全网拓扑，建立和填写路由表，并通过一条专用的1.2Gb/s的控制和管理总线，把路由表分配到每个交换模块的高速缓存中去。它还通过另一条1.2Gb/s的数据总线，控制交换模块中的DMA专用集成电路实现数据传输。每个交换模块都具有专用处理器，处理器配备有Bay的网络路由服务（Bay RS）软件，通过编码技术，执行智能化的交换决策和查找任务。这种双总线的分离和寻址与传输的配合，正是三层交换机具备优越性能的原因所在。

三层交换机与传统交换机的根本区别是怎样得到全网络的路由信息，Switch Node创建全网路由表有两种方法：一是IP自学习方式，不需运行路由协议，可把路由器的MAC地址与其他设备的地址集成于路由表内，IP自学习方式和二层交换创建路由选择表没有本质区别，只是把路由器的MAC地址当作目的节点的MAC地址加进路由表而已；二是路由方式，例如组建大型网状网络时，在若干个虚拟子网之间进行信息交换，此时需运行简单的路由协议，如RIP（路由网际协议）、OSPF（开放式最短路径优先）等，使Switch Node交换机像低延时、高线速的路由器一样，进行第三层路由交换。

3 选择主干交换机时需要考虑的因素

假定拟建立一个大型数字档案馆局域网，同时要求将局域网接入因特网，选择主干交换机时需要考虑的因素如下：

3.1 数字档案馆局域网的拓扑结构和主要业务。数字档案馆局域网的拓扑结构；内部子网的划分；虚拟子网的设立等，多媒体视频传送是主要业务需求。

3.2 数字档案馆局域网的带宽、速度和服务质量。目前可供选用的主干网技术有ATM、以太网、光纤分布式数字接口（FDDI）等，其中，FDDI已经被淘汰。考虑到成本和易用性，多数企业愿意选择以太网。如果数字档案馆原先已经建设了其他类型的主干网，如FDDI、令牌环网等，则新主干网的选择就必须考虑与原有网络的兼容问题，新主干网交换机除了千兆以太网端口以外还应考虑具备FDDI、ATM、令牌环等其他网络端口，以便异种网络之间的互连。

3.3 可靠性、安全性。对于数字档案馆局域网来说，可靠性和安全性也是至关重要的因素，因此，要求主干网交换机还必须具备完善的冗余措施，以保证主干网的正常运行。例如，在交换机中提供双电源供电工作模式等。

3.4 主干交换机的品牌。目前，主干网交换机的著名厂商有Cisco、3Com、Bay、Lucent、Intel等。

（作者单位：郑州牧业工程高等专科学校人文与社会科学系 来稿日期：2013-04-18）