隨著百兆、千兆以及萬(wàn)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(yīng)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(kuò)張的信息量，正迫使著人們對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的音頻、視頻、數(shù)據(jù)等信息的傳輸量要求越來(lái)越高?；诖耍岢隽说谒膶咏粨Q概念，以滿(mǎn)足基于策略聯(lián)網(wǎng)、高級(jí)QoS以及其它服務(wù)改進(jìn)的要求。那么您了解四層交換機(jī)嗎？四層交換機(jī)有什么作用？與二層交換機(jī)、三層交換機(jī)有何區(qū)別嗎？四層交換機(jī)又該如何選購(gòu)？

四層交換機(jī)是什么？四層交換機(jī)有什么作用？

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(shuō)，四層交換機(jī)是基于傳輸層數(shù)據(jù)包的交換過(guò)程的，是一類(lèi)基于TCP/IP協(xié)議應(yīng)用層的用戶(hù)應(yīng)用交換需求的新型局域網(wǎng)交換機(jī)。四層交換機(jī)支持TCP/UDP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)TCP/UDP端口號(hào)來(lái)區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包的應(yīng)用類(lèi)型，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)用層的訪(fǎng)問(wèn)控制和服務(wù)質(zhì)量保證。所以，與其說(shuō)四層交換機(jī)是硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，還不如說(shuō)它是軟件網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。也就是說(shuō)，四層交換機(jī)是一類(lèi)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。

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?jǐn)?shù)據(jù)包本身的優(yōu)先級(jí)。四層交換機(jī)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(hào)來(lái)分析數(shù)據(jù)包應(yīng)用類(lèi)型，即四層交換機(jī)不僅完全具備三層交換機(jī)的所有交換功能和性能，還能支持三層交換機(jī)不可能擁有的網(wǎng)絡(luò)流量和服務(wù)質(zhì)量控制的智能型功能。

四層交換機(jī)與二層交換機(jī)、三層交換機(jī)有何區(qū)別？

上述詳細(xì)介紹了四層交換機(jī)及其作用，為了方便區(qū)分四層交換機(jī)與二層交換機(jī)、三層交換機(jī)的區(qū)別，首先對(duì)二層交換機(jī)和三層交換機(jī)做一個(gè)詳細(xì)的了解。

1．二層交換機(jī)是什么？

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(guò)站表選擇路由來(lái)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(guò)程是根據(jù)IP地址尋址和通過(guò)路由表與路由協(xié)議產(chǎn)生的。所以，二層交換機(jī)的大好處是數(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(zhuān)用芯片實(shí)現(xiàn)。

2．三層交換機(jī)是什么？

三層交換機(jī)是直接根據(jù)第三層網(wǎng)絡(luò)層IP地址來(lái)完成端到端的數(shù)據(jù)交換的。雖然三層交換機(jī)相當(dāng)于是二層交換機(jī)與路由器的結(jié)合，但這種結(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(lái)，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(guò)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)間傳輸信息時(shí)路由產(chǎn)生的速率瓶頸。所以說(shuō)，三層交換機(jī)既可完成二層交換機(jī)的端口交換功能，又可完成部分路由器的路由功能。

3．二層、三層、四層交換機(jī)的區(qū)別

經(jīng)上述詳細(xì)介紹可發(fā)現(xiàn)：四層交換機(jī)與二層交換機(jī)、三層交換機(jī)的區(qū)別在于它們?nèi)叩墓ぷ鞣绞揭约皯?yīng)用方式的不同。

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，雖然二層交換機(jī)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(wú)法控制各信息點(diǎn)的流量，缺乏方便實(shí)用的路由功能，只適合小型局域網(wǎng)。

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(xiàn)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(wú)法克服路由傳輸速率瓶頸。

四層交換機(jī)在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用非常靈活，它即可是網(wǎng)絡(luò)中心的匯接點(diǎn)設(shè)備，又可以應(yīng)用在局域網(wǎng)分布層的邊緣接入處，甚至于作為工作組級(jí)支持交換到桌面。

四層交換機(jī)如何選擇？

目前市面上交換機(jī)分為二層、三層和四層交換機(jī)，其中二層交換機(jī)和三層交換機(jī)是最常見(jiàn)的交換機(jī)類(lèi)型，二層交換機(jī)與三層交換機(jī)的選購(gòu)，這里不做說(shuō)明，四層交換機(jī)作為新起之秀，該如何選購(gòu)呢？四層交換機(jī)選購(gòu)可以從以下四點(diǎn)出發(fā)：

1．速度

在選擇四層交換機(jī)的時(shí)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(xiàn)速路由器可比擬的性能。也就是說(shuō)，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(gè)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(gè)數(shù)據(jù)包的大速度路由，這個(gè)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(zhǎng)64字節(jié)。

2．服務(wù)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(jī)將應(yīng)用分配給服務(wù)器的算法有很多種，有簡(jiǎn)單的檢測(cè)環(huán)路最近的連接、檢測(cè)環(huán)路時(shí)延或檢測(cè)服務(wù)器本身的閉環(huán)反饋。在所有的預(yù)測(cè)中，閉環(huán)反饋提供反映服務(wù)器現(xiàn)有業(yè)務(wù)量的最精確的檢測(cè)。

3．表容量

在選購(gòu)的時(shí)候，用戶(hù)應(yīng)該注意進(jìn)行第四層交換的交換機(jī)需要有區(qū)分和存貯大量發(fā)送表項(xiàng)的能力。交換機(jī)在一個(gè)企業(yè)網(wǎng)的核心時(shí)尤其如此。許多二/三層交換機(jī)傾向發(fā)送表的大小與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)量成正比。對(duì)四層交換機(jī)，這個(gè)數(shù)量必須乘以網(wǎng)絡(luò)中使用的不同應(yīng)用協(xié)議和會(huì)話(huà)的數(shù)量。因而發(fā)送表的大小隨端點(diǎn)設(shè)備和應(yīng)用類(lèi)型數(shù)量的增長(zhǎng)而迅速增長(zhǎng)。四層交換機(jī)需要考慮表的這種增長(zhǎng)，因此表容量大對(duì)制造支持線(xiàn)速發(fā)送第四層流量的高性能交換機(jī)至關(guān)重要。

4．冗余

另外，留意四層交換機(jī)內(nèi)部是否支持冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功能，這個(gè)也很重要。因?yàn)樵诰哂须p鏈路的網(wǎng)卡容錯(cuò)連接時(shí)，就可能建立從一個(gè)服務(wù)器到網(wǎng)卡，鏈路和服務(wù)器交換器的完全冗余系統(tǒng)。

總結(jié)

目前，四層交換機(jī)主要技術(shù)除了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載均衡，還包括包過(guò)濾、服務(wù)質(zhì)量、主備機(jī)連接等等。隨著信息應(yīng)用水平的不斷提高，它對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求也越來(lái)越高，越來(lái)越復(fù)雜，四層交換機(jī)及類(lèi)似的高層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中發(fā)揮更加重要的作用。

網(wǎng)站欄目：四層交換機(jī)的工作原理
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