通信工程師考試培訓(xùn)四層交換技術(shù)

7.6.2 四層交換技術(shù)

端到端性能和服務(wù)質(zhì)量要求對(duì)所有連網(wǎng)設(shè)備的負(fù)載進(jìn)行細(xì)致的均衡，以保證客戶機(jī)與服務(wù)器之間數(shù)據(jù)平滑地流動(dòng)。第二層與第三層交換產(chǎn)品在解決局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的帶寬及容量的問題上發(fā)揮了很好的作用，但是，這可能還不夠，還需要更多的性能，而這正是四層交換可解決的。

四層交換技術(shù)利用第三層和第四層包頭中的信息來識(shí)別應(yīng)用數(shù)據(jù)流會(huì)話，這些信息包括TCP/User數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（UDP）端口號(hào)、標(biāo)記應(yīng)用會(huì)話開始與結(jié)束的“SYN/FIN”位以及IP源/目的地址。利用這些信息，第四層交換機(jī)可以做出向何處轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)話傳輸流的智能決定。對(duì)于使用多種不同系統(tǒng)來支持一種應(yīng)用的大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心、Internet服務(wù)提供商或內(nèi)容提供商來說，第四層交換的作用是尤其重要的。同樣，當(dāng)在很多服務(wù)器上進(jìn)行復(fù)制功能時(shí)，第四層交換也會(huì)起到很大的作用。

路由器和第三層交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)不同數(shù)據(jù)包時(shí)并不了解哪個(gè)包在前、哪個(gè)包在后。第四層交換技術(shù)從頭至尾跟蹤和維持各個(gè)會(huì)話。因此，第四層交換機(jī)是真正的“會(huì)話交換機(jī)”。

路由器根據(jù)鏈路或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可用性和性能做出轉(zhuǎn)發(fā)決定，而第四層交換機(jī)則根據(jù)會(huì)話和應(yīng)用層信息做出轉(zhuǎn)發(fā)決定。因此用戶的請(qǐng)求可以根據(jù)不同的規(guī)則被轉(zhuǎn)發(fā)到“最佳”的服務(wù)器上第四層交換技術(shù)是用于傳輸數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)多臺(tái)服務(wù)器間負(fù)載均衡的理想機(jī)制。

具有第四層功能的交換機(jī)能夠起到與服務(wù)器相連接的“虛擬IP”（VIP）前端的作用。每臺(tái)服務(wù)器和支持單一或通用應(yīng)用的服務(wù)器組都配置一個(gè)VIP地址。這個(gè)VIP地址被發(fā)送出去并在域名系統(tǒng)上注冊(cè)。

在發(fā)出一個(gè)服務(wù)請(qǐng)求時(shí)，第四層交換機(jī)通過判定TCP開始，來識(shí)別一次會(huì)話的開始。然后它利用復(fù)雜的算法來確定處理這個(gè)請(qǐng)求的巔佳服務(wù)器。一旦做出這種決定，交換機(jī)就將會(huì)話與一個(gè)具體的IP地址聯(lián)系在一起，并用該服務(wù)器真正的IP地址來代替服務(wù)器上的VIP地址。

每臺(tái)第四層交換機(jī)都保存一個(gè)與被選擇的服務(wù)器相配的源IP地址以及源TCP端口相關(guān)聯(lián)的連接表。然后，第四層交換機(jī)向這臺(tái)服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)連接請(qǐng)求。所有后續(xù)包在客戶機(jī)與服務(wù)器之間重新影射和轉(zhuǎn)發(fā)，直到交換機(jī)發(fā)現(xiàn)會(huì)話為止。

在使用第四層交換的情況下，接入可以與真正的服務(wù)器連接在一起來滿足用戶制定的規(guī)則。例如，使每臺(tái)服務(wù)器上有相等數(shù)S的接入或根據(jù)不同服務(wù)器的容量來分配傳輸流。

目前，一般的單功能負(fù)載均衡產(chǎn)品可以每秒連接400到800個(gè)接入。而同時(shí)具有第二層和第四層功能的新一代產(chǎn)品（使用定制的專用集成電路的基于硬件的負(fù)載均衡功能）的連接速度則超過了每秒10萬次接入。

在所有這一切中的關(guān)鍵問題是如何確定傳輸流轉(zhuǎn)發(fā)給哪臺(tái)最可用的服務(wù)器。目前，在做出負(fù)載均衡決定時(shí)采用了多種方法。根據(jù)所需負(fù)載均衡的顆粒度，第四層交換機(jī)可以利用多種方法將應(yīng)用會(huì)話分配到服務(wù)器上。這些方法包括求權(quán)數(shù)最小接入的簡(jiǎn)單加權(quán)循環(huán)、測(cè)量往返時(shí)延和服務(wù)器自身的閉合環(huán)路反饋等。

閉合環(huán)路反饋是最先進(jìn)的方法，它利用可用內(nèi)存、I/O中斷和CPU利用率等特定的系統(tǒng)信息，這些信息可以為適配器驅(qū)動(dòng)器和第四層交換機(jī)自動(dòng)獲取。目前的閉合環(huán)路反饋機(jī)制要求在每臺(tái)服務(wù)器上安裝軟件代理。

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