多層交換原理

1、多層交換原理簡介多層交換原理簡介要想認識第四層交換機，先得對傳統(tǒng)的第二層交換機和現(xiàn)在廣泛應用的第三層交換機的基本工作原理和性能，有一些簡單了解，只有通過比效，你才能真正鑒別第四層交換機。眾所周知，第二層交換機，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。因為站表的建立與維護是由交換機自動完成，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，第二層交換機的最大好

2、處是數(shù)據(jù)傳輸速度快，因為它只須識別數(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單，非常便于采用ASIC專用芯片實現(xiàn)。顯然，第二層交換機的解決方案，實際上是一個“處處交換”的廉價方案，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的流量，缺泛方便實用的路由功能。第三層交換機，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)合并非簡單的物理結(jié)合，而是各取所長的邏輯結(jié)合。其重要表現(xiàn)是，當某一信息源的第一個數(shù)據(jù)流進行第三層交換后，其中的路由系統(tǒng)將會產(chǎn)生一個MAC地址與IP地址的映射表，并將該表存儲起來，當同一信息源的后續(xù)數(shù)據(jù)流再次進入交換環(huán)境時，交換機將根據(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)侥康牡刂罚辉俳?jīng)過第三路由系統(tǒng)處理，從而消除了路由選擇時造成的網(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、時路由產(chǎn)生的速率瓶頸。所以說，第三層交換機既可完成第二層交換機的端口交換功能，又可完成部分路由器的路由功能。即第三層交換機的交換機方案，實際上是一個能夠支持多層次動態(tài)集成的解決方案，雖然這種多層次動態(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搭載完成，但這種搭載方案與采用三層交換機相比，不僅需要更多的設(shè)備配置、占用更大的空間、設(shè)計更多的布線和花費更高的成本，而且數(shù)據(jù)傳輸性能也要差得多，因為在海量數(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，第二層交換機和第三層交換機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地址的交換機技術(shù)，能夠極大地提高各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸率，但卻無法根據(jù)端口主機的應用需求來自主確定或動態(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用交換需求。第四層交換機不僅可以完成端到端交換，還能根據(jù)端口主機的應用特點，確定或限制它的交換流量。簡單地說，第四層交換機是基于傳輸層數(shù)據(jù)包的交換過程的，是一類基于TCPI

6、P協(xié)議應用層的用戶應用交換需求的新型局域網(wǎng)交換機。第四層交換機支持TCPUDP第四層以下的所有協(xié)議，可識別至少80個字節(jié)的數(shù)據(jù)包包頭長度，可根據(jù)TCPUDP端口號來區(qū)分數(shù)據(jù)包的應用類型，從而實現(xiàn)應用層的訪問控制和服務質(zhì)量保證。所以，與其說第四層交換機是硬件網(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。換機允許用基于目的地址、目的端口號（應用服務）的組合來區(qū)分優(yōu)先級，

7、于是緊急應用就可以獲得網(wǎng)絡(luò)的高級別服務。⑶服務器負載均衡：在相似服務內(nèi)容的多臺服務器間提供平衡流量負載支持時，第四層信息是至關(guān)重要的。因此，第四層交換機在核心網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，擔負服務器間負載均衡是一項非常重要的應用。第四層交換機所支持的服務器負載均衡方式，是將附加有負載均衡服務的IP地址，通過不同的物理服務器組成一個集，共同提供相同的服務，并將其定義為一個單獨的虛擬服務器。這個虛擬服務器是一個有單獨IP地址的邏輯服務器，用戶數(shù)據(jù)流只需指向虛

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

9、，其中OSPF、RIP和VRRP等協(xié)議與線速交換和負載均衡是一致的。第四層交換機還可以利用被稱之為TRL（TransactionRateLimiting）功能所提供的復雜機制，針對流量特性來遏制或拒絕不同應用類型服務?？梢越柚鶦RL（ConnectionsRateLimiting）功能，使網(wǎng)絡(luò)管理員指定在給定的時間內(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。⑷主機備用連接

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