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常見問題

安防小常識

交換機的二、三、四層交換技術,教科書式原理講解,弱電必學
編輯:淮創科技 更新:2022-10-18 查看:0

1交換機

交換(huan)機的(de)工作原理

  1. 交換機(ji)根據收到(dao)數(shu)據幀中的(de)源MAC地(di)址建(jian)立(li)該(gai)地(di)址同交換機(ji)端口的(de)映射,并將其寫入MAC地(di)址表中。
  2. 交換機將數據幀中的目(mu)的MAC地址同已建立的MAC地址表進(jin)行比(bi)較,以(yi)決定由哪個端(duan)口(kou)進(jin)行轉發(fa)。
  3. 如數據幀中的目的MAC地址不在MAC地址表中,則向所有端口轉發。這一過程稱為泛洪(flood)。
  4. 廣播幀和(he)組播幀向所有的端口(kou)轉發。

交換機的三(san)個主要功能

  • 學習:以太網交換機了解每一端口相連設備的MAC地址,并將地址同相應的端口映射起來存放在交換機緩存中的MAC地址表中。
  • 轉發/過濾:當一個數據幀的目的地址在MAC地址表中有映射時,它被轉發到連接目的節點的端口而不是所有端口(如該數據幀為廣播/組播幀則轉發至所有端口)。
  • 消除回路:當交換機包括一個冗余回路時,以太網交換機通過生成樹協議避免回路的產生,同時允許存在后備路徑。
1

交換機(ji)的工(gong)作特性

  1. 交換機的(de)每一個端口所連接的(de)網段都是一個獨立的(de)沖突域。
  2. 交換機(ji)所連(lian)接的(de)(de)設(she)備(bei)仍然在同一個廣(guang)播域(yu)內(nei),也(ye)就是說,交換機(ji)不隔(ge)絕廣(guang)播(惟一的(de)(de)例外是在配(pei)有VLAN的(de)(de)環境中)。
  3. 交換機(ji)依(yi)據(ju)幀頭的(de)信息進行轉發,因此說交換機(ji)是工作在數據(ju)鏈路層(ceng)的(de)網絡設備(此處所述(shu)交換機(ji)僅(jin)指傳(chuan)統的(de)二(er)層(ceng)交換設備)。

交換機的分類

依照交(jiao)換機(ji)處理幀時不(bu)同的操(cao)作模式,主要可分(fen)為兩類:

  • 存儲轉發:交換機在轉發之前必須接收整個幀,并進行錯誤校檢,如無錯誤再將這一幀發往目的地址。幀通過交換機的轉發時延隨幀長度的不同而變化。
  • 直通式:交換機只要檢查到幀頭中所包含的目的地址就立即轉發該幀,而無需等待幀全部的被接收,也不進行錯誤校驗。由于以太網幀頭的長度總是固定的,因此幀通過交換機的轉發時延也保持不變。

2二三四層交換機(ji)

多種理解的說法:

理解(jie)1

  • 二層交換(huan)(huan)(也稱(cheng)為橋(qiao)接(jie))是基于硬件的橋(qiao)接(jie)。基于每個(ge)末端(duan)站(zhan)點的唯一MAC地址轉發數據包(bao)。二層交換(huan)(huan)的高(gao)性(xing)能可以產生增加各子網主機(ji)數量的網絡設計。其仍(reng)然有橋(qiao)接(jie)所具有的特性(xing)和限(xian)制。
  • 三層交(jiao)(jiao)換(huan)是基于硬件(jian)的(de)路由(you)選擇。路由(you)器(qi)和(he)第(di)三層交(jiao)(jiao)換(huan)機對數據包交(jiao)(jiao)換(huan)操(cao)作的(de)主要區別在于物理上的(de)實(shi)施(shi)。
  • 四層交換的(de)(de)(de)簡單定(ding)義是:不僅基(ji)于(yu)MAC(第二(er)層橋接)或源/目(mu)的(de)(de)(de)地(di)IP地(di)址(zhi)(第三層路由(you)選擇(ze)),同(tong)時(shi)也基(ji)于(yu)TCP/UDP應用端口(kou)來做出(chu)轉發決(jue)定(ding)的(de)(de)(de)能力(li)。其(qi)使(shi)網(wang)絡在決(jue)定(ding)路由(you)時(shi)能夠區(qu)(qu)分應用。能夠基(ji)于(yu)具體應用對數據流進(jin)行優先級劃分。它(ta)為基(ji)于(yu)策略的(de)(de)(de)服務質(zhi)量技術提供了更加細化的(de)(de)(de)解決(jue)方(fang)案。提供了一種可以區(qu)(qu)分應用類型的(de)(de)(de)方(fang)法。

理解2

  • 二層交換機 基于MAC地址
  • 三層交換機 具(ju)有VLAN功能 有交換和路(lu)由 ///基于(yu)IP,就是網絡
  • 四層交換機 基(ji)于端口,就是應用

理解3

二層(ceng)(ceng)(ceng)交(jiao)(jiao)換(huan)技(ji)術從網橋發(fa)展到(dao)VLAN(虛擬局域(yu)(yu)網),在局域(yu)(yu)網建設和改造中得到(dao)了廣泛的(de)(de)應用(yong)。第二層(ceng)(ceng)(ceng)交(jiao)(jiao)換(huan)技(ji)術是(shi)工作在OSI七層(ceng)(ceng)(ceng)網絡模型中的(de)(de)第二層(ceng)(ceng)(ceng),即(ji)數(shu)據鏈路(lu)層(ceng)(ceng)(ceng)。它按照所接收到(dao)數(shu)據包的(de)(de)目的(de)(de)MAC地址來(lai)進(jin)行(xing)轉發(fa),對于網絡層(ceng)(ceng)(ceng)或者高(gao)層(ceng)(ceng)(ceng)協(xie)議來(lai)說是(shi)透明(ming)的(de)(de)。它不(bu)處(chu)理網絡層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)(de)IP地址,不(bu)處(chu)理高(gao)層(ceng)(ceng)(ceng)協(xie)議的(de)(de)諸如TCP、UDP的(de)(de)端口(kou)地址,它只需(xu)要數(shu)據包的(de)(de)物理地址即(ji)MAC地址,數(shu)據交(jiao)(jiao)換(huan)是(shi)靠硬件(jian)來(lai)實現的(de)(de),其速度相當快,這是(shi)二層(ceng)(ceng)(ceng)交(jiao)(jiao)換(huan)的(de)(de)一(yi)個顯著的(de)(de)優點。但是(shi),它不(bu)能處(chu)理不(bu)同IP子網之間的(de)(de)數(shu)據交(jiao)(jiao)換(huan)。傳(chuan)統的(de)(de)路(lu)由(you)器可以處(chu)理大(da)量的(de)(de)跨越(yue)IP子網的(de)(de)數(shu)據包,但是(shi)它的(de)(de)轉發(fa)效率比(bi)二層(ceng)(ceng)(ceng)低,因此要想利用(yong)二層(ceng)(ceng)(ceng)轉發(fa)效率高(gao)這一(yi)優點,又要處(chu)理三層(ceng)(ceng)(ceng)IP數(shu)據包,三層(ceng)(ceng)(ceng)交(jiao)(jiao)換(huan)技(ji)術就誕生了。
三層(ceng)交換(huan)技術的工作原理:第三層(ceng)交換(huan)工作在OSI七層(ceng)網絡模(mo)型中(zhong)(zhong)的第三層(ceng)即網絡層(ceng),是利用第三層(ceng)協議中(zhong)(zhong)的IP包(bao)(bao)的包(bao)(bao)頭(tou)信息來對后(hou)續(xu)數據業務流進行標記,具有同(tong)一標(biao)記的(de)業(ye)務流的(de)后續(xu)報文(wen)被交換(huan)到(dao)第(di)(di)二層數據鏈路(lu)(lu)(lu)層,從(cong)而(er)打通(tong)(tong)源IP地址和目的(de)IP地址之間的(de)一條(tiao)通(tong)(tong)路(lu)(lu)(lu)。這條(tiao)通(tong)(tong)路(lu)(lu)(lu)經過第(di)(di)二層鏈路(lu)(lu)(lu)層。有了這條(tiao)通(tong)(tong)路(lu)(lu)(lu),三層交換(huan)機(ji)就沒有必要每次將(jiang)(jiang)接收到(dao)的(de)數據包(bao)進行(xing)拆包(bao)來判(pan)斷路(lu)(lu)(lu)由,而(er)是直接將(jiang)(jiang)數據包(bao)進行(xing)轉發,將(jiang)(jiang)數據流進行(xing)交換(huan)

理解4

二(er)層交換技(ji)術

二層交(jiao)換技術是(shi)發展比(bi)較成熟,二層交(jiao)換機屬數(shu)據(ju)鏈(lian)路層設備,可以識別數(shu)據(ju)包中(zhong)的(de)MAC地址(zhi)信(xin)息,根據(ju)MAC地址(zhi)進行轉發,并將這些MAC地址(zhi)與對應的(de)端口記錄在自己(ji)內部的(de)一個(ge)地址(zhi)表中(zhong)。具體的(de)工作流程如(ru)下:

  1. 當交換機從某個端(duan)口(kou)收到一個數據包(bao),它先讀(du)取包(bao)頭(tou)中(zhong)的(de)源(yuan)MAC地址,這樣(yang)它就知(zhi)道源(yuan)MAC地址的(de)機器(qi)是連在哪個端(duan)口(kou)上的(de);
  2. 再去讀取包頭中(zhong)的(de)目的(de)MAC地址(zhi)(zhi),并在地址(zhi)(zhi)表(biao)中(zhong)查找相應(ying)的(de)端口;
  3. 如表中有與這目(mu)的(de)MAC地址對應的(de)端(duan)口(kou),把數據(ju)包直(zhi)接復制到這端(duan)口(kou)上;
  4. 如表中找不(bu)到相應(ying)的(de)(de)端口(kou)則把(ba)數(shu)據(ju)包廣播(bo)到所有(you)端口(kou)上(shang),當目的(de)(de)機器(qi)對源機器(qi)回應(ying)時,交換(huan)機又可以學習一目的(de)(de)MAC地址(zhi)與哪個端口(kou)對應(ying),在下次(ci)傳送數(shu)據(ju)時就不(bu)再需要對所有(you)端口(kou)進行(xing)廣播(bo)了。

不斷的循環這個過程(cheng),對(dui)于全網的MAC地(di)址信息都可以學習到,二層(ceng)交換機(ji)就是(shi)這樣建(jian)立和維(wei)護它自己(ji)的地(di)址表。

從二層交換機的工作原理(li)可以推知以下三(san)點:

  1. 由于交(jiao)(jiao)換(huan)機對(dui)多數(shu)端口的數(shu)據進行同(tong)時交(jiao)(jiao)換(huan),這(zhe)就要求具有很寬(kuan)(kuan)的交(jiao)(jiao)換(huan)總(zong)線(xian)帶寬(kuan)(kuan),如(ru)果二(er)層交(jiao)(jiao)換(huan)機有N個端口,每(mei)個端口的帶寬(kuan)(kuan)是M,交(jiao)(jiao)換(huan)機總(zong)線(xian)帶寬(kuan)(kuan)超過N×M,那么這(zhe)交(jiao)(jiao)換(huan)機就可(ke)以實現(xian)線(xian)速交(jiao)(jiao)換(huan);
  2. 學(xue)習端口(kou)連接的(de)機器的(de)MAC地址(zhi),寫入(ru)地址(zhi)表(biao),地址(zhi)表(biao)的(de)大小(xiao)(一(yi)般兩(liang)種表(biao)示方式:一(yi)為BEFFER RAM,一(yi)為MAC表(biao)項數值),地址(zhi)表(biao)大小(xiao)影響交換(huan)機的(de)接入(ru)容量;
  3. 還有(you)一個就是二層交換機一般都含(han)有(you)專(zhuan)門用(yong)于處理(li)數據(ju)包轉(zhuan)發(fa)(fa)的ASIC (Application specific Integrated Circuit)芯片,因此轉(zhuan)發(fa)(fa)速(su)度可以做到非常快。由于各個廠家采(cai)用(yong)ASIC不同,直接影(ying)響產品性能。

以(yi)上三點也是(shi)評判二三層交換機性能優(you)劣的主要技術參數,這(zhe)一點請(qing)大(da)家在考(kao)慮設備選型(xing)時注意(yi)比較。

2


路由技術

路由(you)器工(gong)作(zuo)在(zai)OSI模(mo)型的(de)第三(san)層(ceng)(ceng)—網絡層(ceng)(ceng)操(cao)作(zuo),其(qi)工(gong)作(zuo)模(mo)式與(yu)二層(ceng)(ceng)交(jiao)換相(xiang)似,但路由(you)器工(gong)作(zuo)在(zai)第三(san)層(ceng)(ceng),這(zhe)個(ge)區別決定(ding)了路由(you)和交(jiao)換在(zai)傳(chuan)遞包時使用(yong)不(bu)同(tong)的(de)控制信(xin)息(xi),實現功能(neng)的(de)方式就(jiu)不(bu)同(tong)。工(gong)作(zuo)原理是在(zai)路由(you)器的(de)內部也(ye)有一(yi)個(ge)表(biao),這(zhe)個(ge)表(biao)所標示的(de)是如(ru)果(guo)(guo)要去某一(yi)個(ge)地(di)方,下(xia)一(yi)步應該向那(nei)里(li)(li)走(zou),如(ru)果(guo)(guo)能(neng)從(cong)路由(you)表(biao)中找(zhao)到數據包下(xia)一(yi)步往那(nei)里(li)(li)走(zou),把鏈路層(ceng)(ceng)信(xin)息(xi)加上轉發出去;如(ru)果(guo)(guo)不(bu)能(neng)知(zhi)道下(xia)一(yi)步走(zou)向那(nei)里(li)(li),則(ze)將(jiang)此包丟(diu)棄,然后(hou)返(fan)回一(yi)個(ge)信(xin)息(xi)交(jiao)給(gei)源地(di)址。

路由(you)(you)技(ji)術(shu)實質(zhi)上(shang)來(lai)說不(bu)過兩種功能:決定(ding)最(zui)優路由(you)(you)和轉(zhuan)發(fa)數(shu)(shu)據包。路由(you)(you)表中寫入各種信息(xi),由(you)(you)路由(you)(you)算法計算出(chu)到(dao)達目(mu)的(de)地址的(de)最(zui)佳(jia)路徑,然后由(you)(you)相對簡單直接(jie)(jie)的(de)轉(zhuan)發(fa)機(ji)制發(fa)送數(shu)(shu)據包。接(jie)(jie)受(shou)數(shu)(shu)據的(de)下一臺(tai)路由(you)(you)器(qi)依照相同的(de)工作方式繼續轉(zhuan)發(fa),依次類推,直到(dao)數(shu)(shu)據包到(dao)達目(mu)的(de)路由(you)(you)器(qi)。

而(er)路(lu)由(you)(you)表的(de)(de)維護,也有(you)兩(liang)種不同的(de)(de)方式。一(yi)種是(shi)路(lu)由(you)(you)信(xin)息(xi)(xi)(xi)的(de)(de)更(geng)新(xin),將部分(fen)或者全(quan)部的(de)(de)路(lu)由(you)(you)信(xin)息(xi)(xi)(xi)公布出去,路(lu)由(you)(you)器通(tong)過互相(xiang)學(xue)習路(lu)由(you)(you)信(xin)息(xi)(xi)(xi),就掌握了全(quan)網(wang)(wang)的(de)(de)拓撲結構,這一(yi)類的(de)(de)路(lu)由(you)(you)協議稱為距(ju)離矢量路(lu)由(you)(you)協議;另一(yi)種是(shi)路(lu)由(you)(you)器將自己的(de)(de)鏈路(lu)狀(zhuang)態信(xin)息(xi)(xi)(xi)進(jin)行廣播,通(tong)過互相(xiang)學(xue)習掌握全(quan)網(wang)(wang)的(de)(de)路(lu)由(you)(you)信(xin)息(xi)(xi)(xi),進(jin)而(er)計(ji)算出最佳(jia)的(de)(de)轉(zhuan)發路(lu)徑,這類路(lu)由(you)(you)協議稱為鏈路(lu)狀(zhuang)態路(lu)由(you)(you)協議。

由于路由器需要做大量的(de)路徑計算工作(zuo),一般處理器的(de)工作(zuo)能力直接決定其性能的(de)優劣(lie)。當然這(zhe)一判斷還(huan)是對中低端(duan)路由器而言(yan),因為高端(duan)路由器往往采(cai)用分布式處理系(xi)統體系(xi)設(she)計。

三層交換技術

近年來(lai)(lai)的(de)(de)對(dui)三(san)層(ceng)(ceng)技(ji)術(shu)的(de)(de)宣(xuan)傳,耳朵都(dou)能(neng)起繭(jian)子,到處都(dou)在喊三(san)層(ceng)(ceng)技(ji)術(shu),有(you)人(ren)說(shuo)這是個非常(chang)新(xin)的(de)(de)技(ji)術(shu),也有(you)人(ren)說(shuo),三(san)層(ceng)(ceng)交(jiao)換嘛,不(bu)就(jiu)是路由器和二層(ceng)(ceng)交(jiao)換機的(de)(de)堆(dui)疊,也沒有(you)什么(me)新(xin)的(de)(de)玩意,事實果真如此嗎(ma)?下面先來(lai)(lai)通過一個簡單(dan)的(de)(de)網絡來(lai)(lai)看看三(san)層(ceng)(ceng)交(jiao)換機的(de)(de)工作過程。

組(zu)網比(bi)較(jiao)簡單

  • 使用IP的設(she)備A————三(san)層交換機(ji)———–使用IP的設(she)備B
  • 比如A要給B發送數據,已知目的IP,那么A就用子網(wang)掩碼取(qu)得網(wang)絡地址(zhi),判(pan)斷目的IP是(shi)否與(yu)自己在同一網(wang)段。
  • 如果(guo)在同一網段,但不知(zhi)道轉發(fa)數據所(suo)需的MAC地(di)址(zhi),A就發(fa)送(song)一個ARP請求(qiu),B返(fan)回(hui)其MAC地(di)址(zhi),A用此MAC封裝數據包并發(fa)送(song)給交(jiao)換機,交(jiao)換機起用二(er)層交(jiao)換模(mo)塊,查找(zhao)MAC地(di)址(zhi)表,將(jiang)數據包轉發(fa)到(dao)相應的端(duan)口(kou)。
  • 如果目(mu)的IP地(di)址(zhi)顯示不是同一(yi)(yi)網(wang)(wang)(wang)段的,那(nei)么A要實現和B的通(tong)訊,在流緩(huan)存條目(mu)中(zhong)沒有對(dui)應MAC地(di)址(zhi)條目(mu),就(jiu)將第(di)一(yi)(yi)個正(zheng)常(chang)數(shu)(shu)據包(bao)(bao)發(fa)送向一(yi)(yi)個缺(que)(que)省網(wang)(wang)(wang)關(guan),這個缺(que)(que)省網(wang)(wang)(wang)關(guan)一(yi)(yi)般在操(cao)作(zuo)系統(tong)中(zhong)已經設(she)好,對(dui)應第(di)三(san)層(ceng)路(lu)(lu)由(you)模塊(kuai),所(suo)以(yi)可見對(dui)于不是同一(yi)(yi)子網(wang)(wang)(wang)的數(shu)(shu)據,最先(xian)在MAC表中(zhong)放(fang)的是缺(que)(que)省網(wang)(wang)(wang)關(guan)的MAC地(di)址(zhi);然后就(jiu)由(you)三(san)層(ceng)模塊(kuai)接收到(dao)此數(shu)(shu)據包(bao)(bao),查詢(xun)路(lu)(lu)由(you)表以(yi)確(que)定到(dao)達B的路(lu)(lu)由(you),將構造一(yi)(yi)個新的幀頭,其(qi)中(zhong)以(yi)缺(que)(que)省網(wang)(wang)(wang)關(guan)的MAC地(di)址(zhi)為源(yuan)MAC地(di)址(zhi),以(yi)主機B的MAC地(di)址(zhi)為目(mu)的MAC地(di)址(zhi)。通(tong)過一(yi)(yi)定的識別觸(chu)發(fa)機制,確(que)立主機A與B的MAC地(di)址(zhi)及轉(zhuan)(zhuan)發(fa)端口的對(dui)應關(guan)系,并記錄(lu)進流緩(huan)存條目(mu)表,以(yi)后的A到(dao)B的數(shu)(shu)據,就(jiu)直接交(jiao)由(you)二層(ceng)交(jiao)換模塊(kuai)完成(cheng)。這就(jiu)通(tong)常(chang)所(suo)說(shuo)的一(yi)(yi)次路(lu)(lu)由(you)多次轉(zhuan)(zhuan)發(fa)。

以上就是三層(ceng)交換機工作過程的簡單概括,可(ke)以看出三層(ceng)交換的特點:

  • 由硬件結合實現數據的高速轉發
    • 這(zhe)就不(bu)是簡(jian)單(dan)的(de)二(er)層(ceng)交(jiao)換機(ji)和路由(you)器(qi)的(de)疊加(jia),三層(ceng)路由(you)模塊直接(jie)疊加(jia)在二(er)層(ceng)交(jiao)換的(de)高速背(bei)板(ban)總線上,突破了傳統路由(you)器(qi)的(de)接(jie)口速率限制,速率可達幾十Gbit/s。算上背(bei)板(ban)帶(dai)寬,這(zhe)些是三層(ceng)交(jiao)換機(ji)性能的(de)兩(liang)個重要(yao)參數。
  • 簡潔的路由軟件使路由過程簡化
    • 大(da)部(bu)分(fen)的數據轉發(fa)(fa),除了必要的路(lu)由(you)選(xuan)擇交由(you)路(lu)由(you)軟(ruan)件(jian)處理(li)(li),都是又二層模塊高(gao)(gao)速轉發(fa)(fa),路(lu)由(you)軟(ruan)件(jian)大(da)多都是經過處理(li)(li)的高(gao)(gao)效優化軟(ruan)件(jian),并不是簡(jian)單照搬路(lu)由(you)器中的軟(ruan)件(jian)。

結論:

  • 二(er)層交換機用于小(xiao)(xiao)型的(de)局(ju)域(yu)網(wang)(wang)絡。這個就不(bu)用多言了(le),在小(xiao)(xiao)型局(ju)域(yu)網(wang)(wang)中,廣播包影響不(bu)大(da),二(er)層交換機的(de)快速交換功能、多個接入端口和低謙(qian)價格為小(xiao)(xiao)型網(wang)(wang)絡用戶提供了(le)很完善的(de)解決方案。
  • 路(lu)由(you)(you)器的優點在于接口類型(xing)豐富(fu),支持的三層(ceng)功(gong)能強(qiang)大,路(lu)由(you)(you)能力強(qiang)大,適合用(yong)于大型(xing)的網絡間(jian)的路(lu)由(you)(you),它的優勢(shi)在于選擇最佳路(lu)由(you)(you),負(fu)荷分擔,鏈(lian)路(lu)備份及和其他網絡進行路(lu)由(you)(you)信息(xi)的交換等等路(lu)由(you)(you)器所具(ju)有功(gong)能。
  • 三層(ceng)(ceng)交(jiao)換(huan)機的(de)(de)(de)最重要的(de)(de)(de)功(gong)能是(shi)加快(kuai)大型(xing)局域(yu)網(wang)(wang)(wang)(wang)絡內(nei)部的(de)(de)(de)數據的(de)(de)(de)快(kuai)速(su)轉發(fa),加入路(lu)由功(gong)能也是(shi)為這(zhe)個目的(de)(de)(de)服務的(de)(de)(de)。如果(guo)把大型(xing)網(wang)(wang)(wang)(wang)絡按(an)照(zhao)部門,地域(yu)等(deng)等(deng)因素劃(hua)分(fen)成一個個小局域(yu)網(wang)(wang)(wang)(wang),這(zhe)將(jiang)導致大量(liang)的(de)(de)(de)網(wang)(wang)(wang)(wang)際互訪(fang),單純(chun)(chun)的(de)(de)(de)使用二層(ceng)(ceng)交(jiao)換(huan)機不能實現網(wang)(wang)(wang)(wang)際互訪(fang);如單純(chun)(chun)的(de)(de)(de)使用路(lu)由器,由于接口數量(liang)有限和路(lu)由轉發(fa)速(su)度慢(man),將(jiang)限制網(wang)(wang)(wang)(wang)絡的(de)(de)(de)速(su)度和網(wang)(wang)(wang)(wang)絡規(gui)模(mo),采用具有路(lu)由功(gong)能的(de)(de)(de)快(kuai)速(su)轉發(fa)的(de)(de)(de)三層(ceng)(ceng)交(jiao)換(huan)機就(jiu)成為首選。
  • 一般來(lai)(lai)說,在內網數據(ju)流(liu)量大,要求快(kuai)速轉(zhuan)發響應的網絡中,如全部由三(san)(san)層交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)來(lai)(lai)做(zuo)這個(ge)工作,會造成(cheng)三(san)(san)層交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)負擔過重,響應速度(du)受(shou)影響,將網間的路(lu)由交(jiao)由路(lu)由器去(qu)完成(cheng),充分發揮不(bu)同(tong)設備的優點,不(bu)失(shi)為一種好的組網策略,當然,前提是(shi)客戶的腰(yao)包很鼓,不(bu)然就退而求其次(ci),讓三(san)(san)層交(jiao)換(huan)(huan)機(ji)也兼(jian)為網際互(hu)連。

3第(di)四(si)層交換(huan)技術

第(di)(di)四(si)層(ceng)交換的一個簡單定義是:它是一種功能(neng),它決定傳(chuan)(chuan)輸(shu)不(bu)僅僅依(yi)據MAC地址(第(di)(di)二(er)層(ceng)網橋(qiao))或(huo)(huo)(huo)源/目標(biao)IP地址(第(di)(di)三層(ceng)路由(you)(you)),而且依(yi)據TCP/UDP(第(di)(di)四(si)層(ceng)) 應用端(duan)口(kou)號(hao)。第(di)(di)四(si)層(ceng)交換功能(neng)就象(xiang)是虛IP,指向物(wu)理(li)服務(wu)器。它傳(chuan)(chuan)輸(shu)的業務(wu)服從的協(xie)議多種多樣,有(you)HTTP、FTP、NFS、Telnet或(huo)(huo)(huo)其他協(xie)議。這些(xie)業務(wu)在(zai)物(wu)理(li)服務(wu)器基礎上(shang),需要復雜的載(zai)量(liang)平衡算法。在(zai)IP世界(jie),業務(wu)類型由(you)(you)終端(duan)TCP或(huo)(huo)(huo)UDP端(duan)口(kou)地址來(lai)決定,在(zai)第(di)(di)四(si)層(ceng)交換中的應用區(qu)間則由(you)(you)源端(duan)和終端(duan)IP地址、TCP和UDP端(duan)口(kou)共同(tong)決定。

在(zai)第四層交換中(zhong)為每(mei)個(ge)供搜尋使(shi)用的(de)服(fu)(fu)務器(qi)組(zu)設(she)立虛IP地址(VIP),每(mei)組(zu)服(fu)(fu)務器(qi)支(zhi)持某種應用。在(zai)域名(ming)服(fu)(fu)務器(qi)(DNS)中(zhong)存儲的(de)每(mei)個(ge)應用服(fu)(fu)務器(qi)地址是VIP,而不是真(zhen)實的(de)服(fu)(fu)務器(qi)地址。

當某用戶申請應用時,一(yi)個帶有目標服(fu)(fu)(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi)組的(de)(de)VIP連接請求(例如一(yi)個TCP SYN包)發(fa)給服(fu)(fu)(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi)交換機。服(fu)(fu)(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi)交換機在組中選(xuan)取最好的(de)(de)服(fu)(fu)(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi),將終端地(di)址中的(de)(de)VIP用實際服(fu)(fu)(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi)的(de)(de)IP取代(dai),并將連接請求傳(chuan)給服(fu)(fu)(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi)。這樣,同(tong)一(yi)區間所(suo)有的(de)(de)包由服(fu)(fu)(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi)交換機進行映(ying)射,在用戶和同(tong)一(yi)服(fu)(fu)(fu)務(wu)器(qi)(qi)(qi)間進行傳(chuan)輸。

第四層交(jiao)換(huan)的原理

OSI模型的(de)第四層(ceng)是(shi)(shi)傳(chuan)輸(shu)層(ceng)。傳(chuan)輸(shu)層(ceng)負責端對端通(tong)信,即在(zai)網絡源和(he)(he)目標系(xi)統(tong)之間(jian)協(xie)調通(tong)信。在(zai)IP協(xie)議(yi)棧(zhan)中這(zhe)是(shi)(shi)TCP(一種傳(chuan)輸(shu)協(xie)議(yi))和(he)(he)UDP(用戶數據包協(xie)議(yi))所在(zai)的(de)協(xie)議(yi)層(ceng)。

在第(di)四層中,TCP和UDP標題包(bao)(bao)含端(duan)口(kou)(kou)(kou)號(portnumber),它們可以唯一(yi)區(qu)分(fen)(fen)每個數(shu)據(ju)包(bao)(bao)包(bao)(bao)含哪些應用協議(例如HTTP、FTP等(deng))。端(duan)點(dian)系(xi)統(tong)利用這種信息來區(qu)分(fen)(fen)包(bao)(bao)中的(de)數(shu)據(ju),尤(you)其是端(duan)口(kou)(kou)(kou)號使(shi)一(yi)個接收端(duan)計算機(ji)系(xi)統(tong)能夠確定它所收到的(de)IP包(bao)(bao)類型,并把它交給合適的(de)高層軟件。端(duan)口(kou)(kou)(kou)號和設備IP地址的(de)組合通常稱作“插(cha)口(kou)(kou)(kou)(socket)”。

1和255之間的端口號被保留,他們稱為“熟知”端口,也就是說,在所有主機TCP/IP協議棧實現中,這些端口號是相同的。除了“熟知”端口外,標準UNIX服務分配在256到1024端口范圍,定制的應用一般在1024以上分配端口號.

分(fen)配端(duan)口號(hao)的(de)最近清單可(ke)以在RFc1700”Assigned Numbers”上找到。TCP/UDP端(duan)口號(hao)提供的(de)附加信息可(ke)以為網絡交換(huan)機所利用,這(zhe)是第4層(ceng)交換(huan)的(de)基礎。

熟(shu)知的端口號舉例:

應用協議  端口號
FTP    20(數據),21(控制)
TELNET  23
SMTP    25
HTTP    80
NNTP    119
NNMP   16,162(SNMP traps)

3

TCP/UDP端口(kou)號提供的附加信(xin)息可以為網絡交(jiao)換機所利用,這是第(di)四層交(jiao)換的基礎(chu)。

具有第(di)四(si)層功能的交換機能夠起(qi)到與服(fu)務器相連接(jie)的“虛擬IP”(VIP)前端的作用。

每(mei)臺服務器和支持單一或(huo)通用應用的服務器組都配置一個VIP地址。這個VIP地址被發送出去并在域名系統上注(zhu)冊。

在發(fa)出一(yi)(yi)個服(fu)務(wu)請(qing)求時,第四層交(jiao)換(huan)機(ji)通過(guo)判(pan)定TCP開始,來識別一(yi)(yi)次會話(hua)的(de)開始。然(ran)后它(ta)利用復雜的(de)算法(fa)來確定處理這個請(qing)求的(de)最佳服(fu)務(wu)器(qi)。一(yi)(yi)旦做出這種決定,交(jiao)換(huan)機(ji)就將會話(hua)與一(yi)(yi)個具體的(de)IP地(di)址(zhi)(zhi)(zhi)聯系在一(yi)(yi)起,并用該(gai)服(fu)務(wu)器(qi)真正(zheng)的(de)IP地(di)址(zhi)(zhi)(zhi)來代替服(fu)務(wu)器(qi)上的(de)VIP地(di)址(zhi)(zhi)(zhi)。

每(mei)臺(tai)第四層交(jiao)換(huan)機都保存一(yi)個與(yu)被(bei)選擇(ze)的服(fu)務(wu)器相配的源(yuan)IP地址以及源(yuan)TCP 端口(kou)相關(guan)聯(lian)的連接表。然(ran)后第四層交(jiao)換(huan)機向這(zhe)臺(tai)服(fu)務(wu)器轉發連接請求。所有(you)后續包在(zai)客戶(hu)機與(yu)服(fu)務(wu)器之間重(zhong)新影射和轉發,直到交(jiao)換(huan)機發現會(hui)話為止。

在(zai)使用第(di)四層(ceng)交換的(de)情況下,接入可以與(yu)真正的(de)服(fu)(fu)務器連接在(zai)一起來滿(man)足用戶制定的(de)規(gui)則,諸如(ru)使每臺(tai)服(fu)(fu)務器上有相等數(shu)量的(de)接入或根據不同服(fu)(fu)務器的(de)容(rong)量來分配傳輸流(liu)。