7.6.2 四層交換技術

端到端性能和服務質量要求對所有連網設備的負載進行細致的均衡，以保證客戶機與服務器之間數據平滑地流動。第二層與第三層交換產品在解決局域網和互聯網的帶寬及容量的問題上發揮了很好的作用，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。

四層交換技術利用第三層和第四層包頭中的信息來識別應用數據流會話，這些信息包括TCP/User數據報協議（UDP）端口號、標記應用會話開始與結束的“SYN/FIN”位以及IP源/目的地址。利用這些信息，第四層交換機可以做出向何處轉發會話傳輸流的智能決定。對于使用多種不同系統來支持一種應用的大型企業數據中心、Internet服務提供商或內容提供商來說，第四層交換的作用是尤其重要的。同樣，當在很多服務器上進行復制功能時，第四層交換也會起到很大的作用。

路由器和第三層交換機在轉發不同數據包時并不了解哪個包在前、哪個包在后。第四層交換技術從頭至尾跟蹤和維持各個會話。因此，第四層交換機是真正的“會話交換機”。

路由器根據鏈路或網絡節點的可用性和性能做出轉發決定，而第四層交換機則根據會話和應用層信息做出轉發決定。因此用戶的請求可以根據不同的規則被轉發到“最佳”的服務器上第四層交換技術是用于傳輸數據和實現多臺服務器間負載均衡的理想機制。

具有第四層功能的交換機能夠起到與服務器相連接的“虛擬IP”（VIP）前端的作用。每臺服務器和支持單一或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冊。

在發出一個服務請求時，第四層交換機通過判定TCP開始，來識別一次會話的開始。然后它利用復雜的算法來確定處理這個請求的巔佳服務器。一旦做出這種決定，交換機就將會話與一個具體的IP地址聯系在一起，并用該服務器真正的IP地址來代替服務器上的VIP地址。

每臺第四層交換機都保存一個與被選擇的服務器相配的源IP地址以及源TCP端口相關聯的連接表。然后，第四層交換機向這臺服務器轉發連接請求。所有后續包在客戶機與服務器之間重新影射和轉發，直到交換機發現會話為止。

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

目前，一般的單功能負載均衡產品可以每秒連接400到800個接入。而同時具有第二層和第四層功能的新一代產品（使用定制的專用集成電路的基于硬件的負載均衡功能）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鍵問題是如何確定傳輸流轉發給哪臺最可用的服務器。目前，在做出負載均衡決定時采用了多種方法。根據所需負載均衡的顆粒度，第四層交換機可以利用多種方法將應用會話分配到服務器上。這些方法包括求權數最小接入的簡單加權循環、測量往返時延和服務器自身的閉合環路反饋等。

閉合環路反饋是最先進的方法，它利用可用內存、I/O中斷和CPU利用率等特定的系統信息，這些信息可以為適配器驅動器和第四層交換機自動獲取。目前的閉合環路反饋機制要求在每臺服務器上安裝軟件代理。

返回目錄：通信工程師考試培訓互聯網交換技術

編輯相關推薦：

通信專業實務互聯網技術數據通信基礎教程

互聯網技術考試局域網和城域網匯總

通信工程師考試培訓互聯網技術重點匯總

通信工程師互聯網技術考試網絡操作系統