日期：2019-07-26 點擊: 關鍵詞：四層交換機的工作原理
隨著百兆、千兆以及萬兆局域網的普及和寬帶城域網以及寬帶廣域網的廣泛應用，不管是內聯網、外聯網、還是小區智能網，日益擴張的信息量，正迫使著人們對網絡系統中的音頻、視頻、數據等信息的傳輸量要求越來越高。基于此，提出了第四層交換概念，以滿足基于策略聯網、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據包的交換過程的，是一類基于TCP/IP協議應用層的用戶應用交換需求的新型局域網交換機。四層交換機支持TCP/UDP第四層以下的所有協議，可識別至少80個字節的數據包包頭長度，可根據TCP/UDP端口號來區分數據包的應用類型，從而實現應用層的訪問控制和服務質量保證。所以，與其說四層交換機是硬件網絡設備，還不如說它是軟件網絡管理系統。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絡管理交換設備。
眾所周知，數據包的第二層IEEE802.1P字段或第三層IP ToS字段可以用于區分數據包本身的優先級。四層交換機是基于第四層數據包交換，這表明它可以根據第四層TCP/UDP端口號來分析數據包應用類型，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絡流量和服務質量控制的智能型功能。
四層交換機與二層交換機、三層交換機有何區別？
上述詳細介紹了四層交換機及其作用，為了方便區分四層交換機與二層交換機、三層交換機的區別，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？
二層交換機是根據第二層數據鏈路層的MAC地址和通過站表選擇路由來完成端到端的數據交換的。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IP地址尋址和通過路由表與路由協議產生的。所以，二層交換機的最大好處是數據傳輸速度快，因為它只須識別數據幀中的MAC地址，而直接根據MAC地址產生選擇轉發端口的算法又十分簡單，非常便于采用ASIC專用芯片實現。
2．三層交換機是什么？
三層交換機是直接根據第三層網絡層IP地址來完成端到端的數據交換的。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。其重要表現是，當某一信息源的第一個數據流進行第三層交換后，其中的路由系統將會產生一個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數據流再次進入交換環境時，交換機將根據第一次產生并保存的地址映射表，直接從第二層由源地址傳輸到目的地址，不再經過第三路由系統處理，從而消除了路由選擇時造成的網絡延遲，提高了數據包的轉發效率，解決了網間傳輸信息時路由產生的速率瓶頸。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、四層交換機的區別
經上述詳細介紹可發現：四層交換機與二層交換機、三層交換機的區別在于它們三者的工作方式以及應用方式的不同。
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、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。
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集成的解決方案，雖然這種多層次動態集成功能在某些程度上也能由傳統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，而且數據傳輸性能也要差得多，因為在海量數據傳輸中，搭載方案中的路由器無法克服路由傳輸速率瓶頸。
四層交換機在網絡中的應用非常靈活，它即可是網絡中心的匯接點設備，又可以應用在局域網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：
1．速度
在選擇四層交換機的時候，為了讓其在企業網中行之有效，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速度操作，即使在多個千兆以太網連接上亦如此。千兆以太網速度等于以每秒1488000個數據包的最大速度路由，這個是假定在最壞的情形下，即所有包為以太網定義的最小尺寸，長64字節。
2．服務器容量平衡算法
根據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，有簡單的檢測環路最近的連接、檢測環路時延或檢測服務器本身的閉環反饋。在所有的預測中，閉環反饋提供反映服務器現有業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分和存貯大量發送表項的能力。交換機在一個企業網的核心時尤其如此。許多二/三層交換機傾向發送表的大小與網絡設備的數量成正比。對四層交換機，這個數量必須乘以網絡中使用的不同應用協議和會話的數量。因而發送表的大小隨端點設備和應用類型數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卡容錯連接時，就可能建立從一個服務器到網卡，鏈路和服務器交換器的完全冗余系統。
總結
目前，四層交換機主要技術除了實現網絡負載均衡，還包括包過濾、服務質量、主備機連接等等。隨著信息應用水平的不斷提高，它對網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絡設備將在未來的網絡環境中發揮更加重要的作用。
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