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相比于第三層交換機(jī)，第四層交換機(jī)在功能和特點上都有不錯的改進(jìn)，這里我們講解了第四層交換機(jī)的基礎(chǔ)知識。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的音頻、視頻、數(shù)據(jù)等信息的傳輸量充斥著占用帶寬，我們不得不為這些數(shù)據(jù)流量提供差別化的服務(wù)，讓時延敏感性的和重要的數(shù)據(jù)優(yōu)先通過，這就不得不考慮第四層交換機(jī)，以滿足基于策略調(diào)度、QoS（Quality of Service：服務(wù)質(zhì)量）以及安全服務(wù)的需求。
第二層交換實現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)主機(jī)間的快速信息交流，第三層交換可以說是交換技術(shù)與路由技術(shù)的完美結(jié)合，而第四層交換技術(shù)則可以為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用資源提供最優(yōu)分配，實現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)服務(wù)質(zhì)量、負(fù)載均衡及安全控制。四層交換并不是要取代誰，其實現(xiàn)在徑渭分明的二層交換和三層交換已融入四層交換技術(shù)。
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MAC地址表來完成端到端的數(shù)據(jù)交換的。第二層交換機(jī)只須識別數(shù)據(jù)幀中的MAC地址，而直接根據(jù)MAC地址轉(zhuǎn)發(fā)，非常便于采用ASIC專用芯片實現(xiàn)。第二層交換的解決方案，是一個“處處交換”的方案，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，也無法控制流量，缺乏路由功能。
第三層交換機(jī)，是根據(jù)第三層的網(wǎng)絡(luò)層IP地址來完成端到端的數(shù)據(jù)交換的，主要應(yīng)用于不同VLAN子網(wǎng)間的路由。當(dāng)某一信息源的第一個數(shù)據(jù)流進(jìn)行第三層交換（路由）后，交換機(jī)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，如同一信息源的后續(xù)數(shù)據(jù)流再次進(jìn)入交換機(jī)，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，提高了數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)效率，解決了VLAN子網(wǎng)間傳輸信息時傳統(tǒng)路由器產(chǎn)生的速率瓶頸。
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，確定或限制它的交換流量。簡單地說，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TCP/IP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TCP/UDP第四層以下的所有協(xié)議，可根據(jù)TCP/UDP端口號來區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包的應(yīng)用類型，從而實現(xiàn)應(yīng)用層的訪問控制和服務(wù)質(zhì)量保證。可以查看第三層數(shù)據(jù)包頭源地址和目的地址的內(nèi)容，可以通過基于觀察到的信息采取相應(yīng)的動作，實現(xiàn)帶寬分配、故障診斷和對TCP/IP應(yīng)用程序數(shù)據(jù)流進(jìn)行訪問控制的關(guān)鍵功能。第四層交換機(jī)通過任務(wù)分配和負(fù)載均衡優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，并提供詳細(xì)的流量統(tǒng)計信息和記帳信息，從而在應(yīng)用的層級上解決網(wǎng)絡(luò)擁塞、網(wǎng)絡(luò)安全和網(wǎng)絡(luò)管理等問題，使網(wǎng)絡(luò)具有智能和可管理。
四層交換技術(shù)簡介
OSI網(wǎng)絡(luò)參考模型的第四層是傳輸層。傳輸層負(fù)責(zé)端到端通信，即在網(wǎng)絡(luò)源和目標(biāo)系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)通信。在IP協(xié)議棧中這是TCP（傳輸控制協(xié)議）和UDP（用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議）所在的協(xié)議層。TCP和UDP包含端口號，它可以唯一區(qū)分每個數(shù)據(jù)包包含哪些應(yīng)用協(xié)議（例如HTTP、FTP、telnet等等）。TCP/UDP端口號提供的附加信息可以為網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)所利用，四層交換機(jī)利用這種信息來區(qū)分包中的數(shù)據(jù)，這是第四層交換的基礎(chǔ)
四層交換的主要功能如下：
1．?dāng)?shù)據(jù)包過濾：在傳統(tǒng)路由器上，采用第四層信息端口號去定義訪問控制列表過濾規(guī)則。四層交換也借用了控制列表的概念，但和基于軟件的路由器不一樣，第四層交換是在ASIC專用高速芯片中實現(xiàn)的，從而使過濾控制可以線速進(jìn)行。
2．服務(wù)質(zhì)量：TCP/UDP第四層信息還可以用于建立應(yīng)用通信的優(yōu)先級。第四層交換允許用基于端口號（應(yīng)用）來區(qū)分優(yōu)先級，設(shè)置優(yōu)先級隊列，確保重要的流量（如：VOIP、視頻）在得到最快的處理，使緊急應(yīng)用獲得網(wǎng)絡(luò)的高級別服務(wù)。
3．負(fù)載均衡：第四層交換負(fù)載均衡的原理，就是按照IP地址和TCP端口進(jìn)行虛擬連接的交換，直接將數(shù)據(jù)包發(fā)送到目的計算機(jī)的相應(yīng)端口中。具備第四層交換能力的交換機(jī)，能作為一個硬件負(fù)載均衡器，完成服務(wù)器的負(fù)載均衡。由于第四層交換基于硬件芯片，因此性能非常優(yōu)秀，尤其是對于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣龋粨Q的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過普通的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)。采用第四層交換機(jī)設(shè)備，所有的集群主機(jī)通過第四層交換機(jī)與外部Internet相連，外部客戶防問服務(wù)器時通過第四層交換機(jī)動態(tài)分配服務(wù)器，實現(xiàn)動態(tài)負(fù)載均衡，當(dāng)其中一臺服務(wù)器出現(xiàn)故障時，由交換機(jī)動態(tài)將所有流量分配到集群中的其他主機(jī)上。 |
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