四層交換機的工作原理

隨著百兆、千兆以及萬兆局域網(wǎng)的普及和寬帶城域網(wǎng)以及寬帶廣域網(wǎng)的廣泛應用，不管是內(nèi)聯(lián)網(wǎng)、外聯(lián)網(wǎng)、還是小區(qū)智能網(wǎng)，日益擴張的信息量，正迫使著人們對網(wǎng)絡系統(tǒng)中的音頻、視頻、數(shù)據(jù)等信息的傳輸量要求越來越高?；诖?，提出了第四層交換概念，以滿足基于策略聯(lián)網(wǎng)、高級QoS以及其它服務改進的要求。那么您了解四層交換機嗎？四層交換機有什么作用？與二層交換機、三層交換機有何區(qū)別嗎？四層交換機又該如何選購？

四層交換機是什么？四層交換機有什么作用？

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，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TCP/IP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。四層交換機支持TCP/UDP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)TCP/UDP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，與其說四層交換機是硬件網(wǎng)絡設備，還不如說它是軟件網(wǎng)絡管理系統(tǒng)。也就是說，四層交換機是一類以軟件技術為主，以硬件技術為輔的網(wǎng)絡管理交換設備。

眾所周知，數(shù)據(jù)包的第二層IEEE802.1P字段或第三層IP ToS字段可以用于區(qū)分數(shù)據(jù)包本身的優(yōu)先級。四層交換機是基于第四層數(shù)據(jù)包交換，這表明它可以根據(jù)第四層TCP/UDP端口號來分析數(shù)據(jù)包應用類型，即四層交換機不僅完全具備三層交換機的所有交換功能和性能，還能支持三層交換機不可能擁有的網(wǎng)絡流量和服務質(zhì)量控制的智能型功能。

四層交換機與二層交換機、三層交換機有何區(qū)別？

上述詳細介紹了四層交換機及其作用，為了方便區(qū)分四層交換機與二層交換機、三層交換機的區(qū)別，首先對二層交換機和三層交換機做一個詳細的了解。

1．二層交換機是什么？

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，二層交換機的大好處是數(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)。

2．三層交換機是什么？

三層交換機是直接根據(jù)第三層網(wǎng)絡層IP地址來完成端到端的數(shù)據(jù)交換的。雖然三層交換機相當于是二層交換機與路由器的結合，但這種結合并非簡單的物理結合，而是各取所長的邏輯結合。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?，不再?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)間傳輸信息時路由產(chǎn)生的速率瓶頸。所以說，三層交換機既可完成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。

3．二層、三層、四層交換機的區(qū)別

經(jīng)上述詳細介紹可發(fā)現(xiàn)：四層交換機與二層交換機、三層交換機的區(qū)別在于它們?nèi)叩墓ぷ鞣绞揭约皯梅绞降牟煌?/p>

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，雖然二層交換機的解決方案也能劃分子網(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，缺乏方便實用的路由功能，只適合小型局域網(wǎng)。

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，不僅需要更多的設備配置、占用更大的空間、設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克服路由傳輸速率瓶頸。

四層交換機在網(wǎng)絡中的應用非常靈活，它即可是網(wǎng)絡中心的匯接點設備，又可以應用在局域網(wǎng)分布層的邊緣接入處，甚至于作為工作組級支持交換到桌面。

四層交換機如何選擇？

目前市面上交換機分為二層、三層和四層交換機，其中二層交換機和三層交換機是最常見的交換機類型，二層交換機與三層交換機的選購，這里不做說明，四層交換機作為新起之秀，該如何選購呢？四層交換機選購可以從以下四點出發(fā)：

1．速度

在選擇四層交換機的時候，為了讓其在企業(yè)網(wǎng)中行之有效，第四層交換必須提供與第三層線速路由器可比擬的性能。也就是說，第四層交換必須在所有端口以全介質(zhì)速度操作，即使在多個千兆以太網(wǎng)連接上亦如此。千兆以太網(wǎng)速度等于以每秒1488000個數(shù)據(jù)包的大速度路由，這個是假定在最壞的情形下，即所有包為以太網(wǎng)定義的最小尺寸，長64字節(jié)。

2．服務器容量平衡算法

根據(jù)所希望的容量平衡間隔尺寸，四層交換機將應用分配給服務器的算法有很多種，有簡單的檢測環(huán)路最近的連接、檢測環(huán)路時延或檢測服務器本身的閉環(huán)反饋。在所有的預測中，閉環(huán)反饋提供反映服務器現(xiàn)有業(yè)務量的最精確的檢測。

3．表容量

在選購的時候，用戶應該注意進行第四層交換的交換機需要有區(qū)分和存貯大量發(fā)送表項的能力。交換機在一個企業(yè)網(wǎng)的核心時尤其如此。許多二/三層交換機傾向發(fā)送表的大小與網(wǎng)絡設備的數(shù)量成正比。對四層交換機，這個數(shù)量必須乘以網(wǎng)絡中使用的不同應用協(xié)議和會話的數(shù)量。因而發(fā)送表的大小隨端點設備和應用類型數(shù)量的增長而迅速增長。四層交換機需要考慮表的這種增長，因此表容量大對制造支持線速發(fā)送第四層流量的高性能交換機至關重要。

4．冗余

另外，留意四層交換機內(nèi)部是否支持冗余拓撲結構的功能，這個也很重要。因為在具有雙鏈路的網(wǎng)卡容錯連接時，就可能建立從一個服務器到網(wǎng)卡，鏈路和服務器交換器的完全冗余系統(tǒng)。

總結

目前，四層交換機主要技術除了實現(xiàn)網(wǎng)絡負載均衡，還包括包過濾、服務質(zhì)量、主備機連接等等。隨著信息應用水平的不斷提高，它對網(wǎng)絡的需求也越來越高，越來越復雜，四層交換機及類似的高層網(wǎng)絡設備將在未來的網(wǎng)絡環(huán)境中發(fā)揮更加重要的作用。

網(wǎng)站欄目：四層交換機的工作原理
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