多層交換原理

1、多層交換原理簡(jiǎn)介多層交換原理簡(jiǎn)介要想認(rèn)識(shí)第四層交換機(jī)，先得對(duì)傳統(tǒng)的第二層交換機(jī)和現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的第三層交換機(jī)的基本工作原理和性能，有一些簡(jiǎn)單了解，只有通過比效，你才能真正鑒別第四層交換機(jī)。眾所周知，第二層交換機(jī)，是根據(jù)第二層數(shù)據(jù)鏈路層的MAC地址和通過站表選擇路由來完成端到端的數(shù)據(jù)交換的。因?yàn)檎颈淼慕⑴c維護(hù)是由交換機(jī)自動(dòng)完成，而路由器又是屬于第三層設(shè)備，其尋址過程是根據(jù)IP地址尋址和通過路由表與路由協(xié)議產(chǎn)生的。所以，第二層交換機(jī)的最大好

2、處是數(shù)據(jù)傳輸速度快，因?yàn)樗豁氉R(shí)別數(shù)據(jù)幀中的MAC地址，而直接根據(jù)MAC地址產(chǎn)生選擇轉(zhuǎn)發(fā)端口的算法又十分簡(jiǎn)單，非常便于采用ASIC專用芯片實(shí)現(xiàn)。顯然，第二層交換機(jī)的解決方案，實(shí)際上是一個(gè)“處處交換”的廉價(jià)方案，雖然該方案也能劃分子網(wǎng)、限制廣播、建立VLAN，但它的控制能力較小、靈活性不夠，也無法控制各信息點(diǎn)的流量，缺泛方便實(shí)用的路由功能。第三層交換機(jī)，是直接根據(jù)第三層網(wǎng)絡(luò)層IP地址來完成端到端的數(shù)據(jù)交換的。表面上看，第三層交換機(jī)是第二層

3、交換器與路由器的合二而一，然而這種結(jié)合并非簡(jiǎn)單的物理結(jié)合，而是各取所長(zhǎng)的邏輯結(jié)合。其重要表現(xiàn)是，當(dāng)某一信息源的第一個(gè)數(shù)據(jù)流進(jìn)行第三層交換后，其中的路由系統(tǒng)將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)MAC地址與IP地址的映射表，并將該表存儲(chǔ)起來，當(dāng)同一信息源的后續(xù)數(shù)據(jù)流再次進(jìn)入交換環(huán)境時(shí)，交換機(jī)將根據(jù)第一次產(chǎn)生并保存的地址映射表，直接從第二層由源地址傳輸?shù)侥康牡刂?，不再?jīng)過第三路由系統(tǒng)處理，從而消除了路由選擇時(shí)造成的網(wǎng)絡(luò)延遲，提高了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)效率，解決了網(wǎng)間傳輸信息

4、時(shí)路由產(chǎn)生的速率瓶頸。所以說，第三層交換機(jī)既可完成第二層交換機(jī)的端口交換功能，又可完成部分路由器的路由功能。即第三層交換機(jī)的交換機(jī)方案，實(shí)際上是一個(gè)能夠支持多層次動(dòng)態(tài)集成的解決方案，雖然這種多層次動(dòng)態(tài)集成功能在某些程度上也能由傳統(tǒng)路由器和第二層交換機(jī)搭載完成，但這種搭載方案與采用三層交換機(jī)相比，不僅需要更多的設(shè)備配置、占用更大的空間、設(shè)計(jì)更多的布線和花費(fèi)更高的成本，而且數(shù)據(jù)傳輸性能也要差得多，因?yàn)樵诤Ａ繑?shù)據(jù)傳輸中，搭載方案中的路由器無法

5、克服路由傳輸速率瓶頸。顯然，第二層交換機(jī)和第三層交換機(jī)都是基于端口地址的端到端的交換過程，雖然這種基于MAC地址和IP地址的交換機(jī)技術(shù)，能夠極大地提高各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸率，但卻無法根據(jù)端口主機(jī)的應(yīng)用需求來自主確定或動(dòng)態(tài)限制端口的交換過程和數(shù)據(jù)流量，即缺乏第四層智能應(yīng)用交換需求。第四層交換機(jī)不僅可以完成端到端交換，還能根據(jù)端口主機(jī)的應(yīng)用特點(diǎn)，確定或限制它的交換流量。簡(jiǎn)單地說，第四層交換機(jī)是基于傳輸層數(shù)據(jù)包的交換過程的，是一類基于TCPI

6、P協(xié)議應(yīng)用層的用戶應(yīng)用交換需求的新型局域網(wǎng)交換機(jī)。第四層交換機(jī)支持TCPUDP第四層以下的所有協(xié)議，可識(shí)別至少80個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)包包頭長(zhǎng)度，可根據(jù)TCPUDP端口號(hào)來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包的應(yīng)用類型，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層的訪問控制和服務(wù)質(zhì)量保證。所以，與其說第四層交換機(jī)是硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，還不如說它是軟件網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。也就是說，第四層交換機(jī)是一類以軟件技術(shù)為主，以硬件技術(shù)為輔的網(wǎng)絡(luò)管理交換設(shè)備。換機(jī)允許用基于目的地址、目的端口號(hào)（應(yīng)用服務(wù)）的組合來區(qū)分優(yōu)先級(jí)，

7、于是緊急應(yīng)用就可以獲得網(wǎng)絡(luò)的高級(jí)別服務(wù)。⑶服務(wù)器負(fù)載均衡：在相似服務(wù)內(nèi)容的多臺(tái)服務(wù)器間提供平衡流量負(fù)載支持時(shí)，第四層信息是至關(guān)重要的。因此，第四層交換機(jī)在核心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，擔(dān)負(fù)服務(wù)器間負(fù)載均衡是一項(xiàng)非常重要的應(yīng)用。第四層交換機(jī)所支持的服務(wù)器負(fù)載均衡方式，是將附加有負(fù)載均衡服務(wù)的IP地址，通過不同的物理服務(wù)器組成一個(gè)集，共同提供相同的服務(wù)，并將其定義為一個(gè)單獨(dú)的虛擬服務(wù)器。這個(gè)虛擬服務(wù)器是一個(gè)有單獨(dú)IP地址的邏輯服務(wù)器，用戶數(shù)據(jù)流只需指向虛

8、擬服務(wù)器的IP地址，而不直接和物理服務(wù)器的真實(shí)IP地址進(jìn)行通信。只有通過交換機(jī)執(zhí)行的網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換（NAT）后，未被注冊(cè)IP地址的服務(wù)器才能獲得被訪問的能力。這種定義虛擬服務(wù)器的另一好處是，在隱藏服務(wù)器的實(shí)際IP地址后，可以有效地防止非授權(quán)訪問。虛擬服務(wù)器是基于應(yīng)用服務(wù)（第四層TCPUDP端口號(hào)）定義的，這樣，獨(dú)立服務(wù)器便可以是虛擬服務(wù)器的成員。而使用第四層對(duì)話標(biāo)志信息，第四層交換機(jī)則可以使用許多負(fù)載均衡方法，在虛擬服務(wù)器組里轉(zhuǎn)換通信流量

9、，其中OSPF、RIP和VRRP等協(xié)議與線速交換和負(fù)載均衡是一致的。第四層交換機(jī)還可以利用被稱之為TRL（TransactionRateLimiting）功能所提供的復(fù)雜機(jī)制，針對(duì)流量特性來遏制或拒絕不同應(yīng)用類型服務(wù)?？梢越柚鶦RL（ConnectionsRateLimiting）功能，使網(wǎng)絡(luò)管理員指定在給定的時(shí)間內(nèi)所允許的連接數(shù)，保障QoS.或者借助SYNGuard功能，確保那些滿足TCP協(xié)議的合法連接才可查詢網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。⑷主機(jī)備用連接

10、：主機(jī)備用連接為端口設(shè)備提供了冗余連接，從而在交換機(jī)發(fā)生故障時(shí)有效保護(hù)系統(tǒng)，這種服務(wù)允許定義主備交換機(jī)，同虛擬服務(wù)器定義一樣，它們有相同的配置參數(shù)。由于第四層交換機(jī)共享相同的MAC地址，備份交換機(jī)接收和主單元全部一樣的數(shù)據(jù)。這使得備份交換機(jī)能夠監(jiān)視主交換機(jī)服務(wù)的通信內(nèi)容。主交換機(jī)持續(xù)地通知備份交換機(jī)第四層的有關(guān)數(shù)據(jù)、MAC數(shù)據(jù)以及它的電源狀況。主交換機(jī)失敗時(shí)，備份交換機(jī)就會(huì)自動(dòng)接管，不會(huì)中斷對(duì)話或連接。⑸統(tǒng)計(jì)：通過查詢第四層數(shù)據(jù)包，第四