【文章內(nèi)容簡介】 第四層功能的新一代產(chǎn)品（使用定制的專用集成電路的基于硬件的負(fù)載均衡功能）的連接速度則超過了每秒 10 萬次接入。 第四層交換機(jī)在形式和功能上與專用負(fù)載均衡器完全不同。傳統(tǒng)基于硬件的負(fù)載均衡器是速度為 45Mbps 的優(yōu)化的兩端口設(shè)備。而第四層交換機(jī)是設(shè)計(jì)用于高速 Intra 應(yīng)用的，它支持 100Mbps 或千兆位接口。 第四層交換除了負(fù)載均衡功能外還支持其它功能，如基于應(yīng)用類型和用戶 ID 的傳輸流控制功能。采用多級排隊(duì)技術(shù)，第四層交換機(jī)可以根據(jù)應(yīng)用來標(biāo)記傳輸流以及 為傳輸流分配優(yōu)先級。此外，第四層交換機(jī)直接安放在服務(wù)器前端，它了解應(yīng)用會話內(nèi)容和用戶權(quán)限，因而使它成為了防止非授權(quán)訪問服務(wù)器的理想平臺。 十，第四層交換方案 在本方案中，通過采用 Alteon 的第四層交換機(jī)來實(shí)現(xiàn) Web Server 的負(fù)載均衡。 HTTP 是 Inter 中最重要的一種應(yīng)用，目前 Inter 上廣泛使用的 Web Server，采 用的是多進(jìn)程技術(shù)，占用系統(tǒng)資源多，效率較低，一般一臺 Web Server 只能承受幾百個(gè)并發(fā)用戶。采用第四層交換機(jī)可以很好地解決 Web Server 的擴(kuò)展性問題，提高 Web Server 系統(tǒng)的可靠性，并在 WebServer 之間合理分配負(fù)載。 Alteon 的第四層交換機(jī)監(jiān)測 Web Server 的可用性，包括物理連接、 Web Server 主機(jī) 、 HTTP Server 本身的健康狀況，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某臺 Web Server 不能提供 Web 服務(wù)時(shí)，交換機(jī)自動(dòng)把 Web 請求分配到好的兩臺 Web Server。 Alteon 第四層交換機(jī)還可以通過設(shè)置每臺 Web Server 能承受的最大會話數(shù)、設(shè)置溢出 Web Server、備份 Web Server 等方法來進(jìn)一步保證Web 系統(tǒng)的可靠性。 Web Server 在同一局域網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡時(shí)采用多種負(fù)載均衡算法，包括 Least Connection、 Round Robin、 MinMiss 和 Hash 算法，以及對算法的加權(quán)等等。 當(dāng) Web Server 不在同一局域網(wǎng)內(nèi)時(shí)，利用 Alteon 交換機(jī)的 GlobalLoad Balance 技術(shù) 來實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)的合理性問題。 交換網(wǎng)絡(luò)的路由技術(shù) 交換是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的方向。路由技術(shù)是交換網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。交換網(wǎng)絡(luò)中路由技術(shù)選用得正確與否，將直接影響到網(wǎng)絡(luò)的整體性能 的好壞。因此路由技術(shù)越來越受到生產(chǎn)廠家與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員的重視。 一、三種路由技術(shù) 目前交換網(wǎng)絡(luò)中的路由技術(shù)有三種，其中第一種是最為保守的方法，即第三層的路由器與第二層交換機(jī)相結(jié)合的方法。第二層交換機(jī)嚴(yán)格限制于橋結(jié)構(gòu)，用于同一虛擬網(wǎng)內(nèi)的不同節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)交換，在 OSI 參考模型的第二層，即數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn)虛擬 LAN 的功能，將第三層的功能留給路由器實(shí)現(xiàn)，由路由器完成虛擬網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳輸與建立 LAN 與企業(yè)主干網(wǎng)連接的工作。 第二種方法采用分布式路由技術(shù)。其特點(diǎn)是它使用多層交換機(jī)，將第二層的橋與第三層的路由結(jié) 合在一起，有的文獻(xiàn)也將多層交換機(jī)稱之為第三層交換機(jī)。它本身所具有的路由功能支持虛擬 LAN，并支持大多數(shù)同一虛擬網(wǎng)內(nèi)或不同虛擬網(wǎng)之間節(jié)點(diǎn)的通信，減少了工作組與部門之間所使用的路由器的數(shù)目。但它仍然不能完全擺脫使用傳統(tǒng)路由器，這是因?yàn)槎鄬咏粨Q機(jī)只能提供高檔路由器所能提供的協(xié)議、安全、交通管理及與 WAN 連接功能的子集。如 CISCO 公司 7000 系列路由器能夠處理 12 種協(xié)議并支持點(diǎn)對點(diǎn)、電路交換與信元交換的廣域網(wǎng)通信，而 Alantec 公司生產(chǎn)的 Powerhub 多層交換機(jī)卻只能處理三種協(xié)議 :DEC、 IP與 IPX， 并且沒有 WAN 接口。因此，多層交換機(jī)網(wǎng)絡(luò)中需要使用路由器作為廣域網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)，并完成較為復(fù)雜的路由功能。 交換網(wǎng)中的第三種路由技術(shù)則采用了一種全新的結(jié)構(gòu) :路由服務(wù)器與邊界交換機(jī)相結(jié)合。我們知道，傳統(tǒng)的路由器完成信息包的轉(zhuǎn)發(fā)與路由選擇兩項(xiàng)工作。而基于路由服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)則由兩個(gè)獨(dú)立的設(shè)備分別完成上述兩項(xiàng)功能 :邊界交換機(jī)完成信息包的轉(zhuǎn)發(fā)，而路由信息的確定由價(jià)格較為昂貴的路由服務(wù)器完成。邊界交換機(jī)只有在自己的地址表中找不到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的地址時(shí)才訪問路由服務(wù)器，此時(shí)路由器對之響應(yīng)一個(gè)正確的地址，交換機(jī)再將該信息緩存?zhèn)溆谩Ｐ?要指出的是，目前路由服務(wù)器與交換機(jī)之間的通信協(xié)議還不統(tǒng)一，不同廠家的產(chǎn)品還不兼容。 二、比較與評價(jià) 上述三種路由技術(shù)各有特色，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員可根據(jù)實(shí)際情況加以選用。為使人們對它們有更好的了解，我們分以下四個(gè)方面對它們進(jìn)行比較。 網(wǎng)絡(luò)的大小是選擇何種路由技術(shù)組網(wǎng)的決定性因素。第二層交換機(jī)與傳統(tǒng)路由器相結(jié)合的辦法適用于較小規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)實(shí)用。但當(dāng)主干網(wǎng)擴(kuò)展成比較大的網(wǎng)絡(luò)時(shí)，第二層虛擬 LAN 的開銷將明顯增大。 隨著主干網(wǎng)的擴(kuò)展，多層交換機(jī)的智能優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，由于它僅 向那些屬于某一特定子網(wǎng)的網(wǎng)段轉(zhuǎn)發(fā)廣播，因此減少了主干網(wǎng)上廣播交通的數(shù)量。由于多層交換機(jī)組成的虛擬網(wǎng)絡(luò)具有過濾功能，并能節(jié)省主干網(wǎng)的帶寬與端站點(diǎn)的時(shí)鐘，因此虛擬網(wǎng)絡(luò)的安全性較好。另外，它與第一種方法相比，由于交換機(jī)可在工作組與部門范圍內(nèi)同時(shí)負(fù)責(zé)交換與路由選徑工作，故節(jié)省了傳統(tǒng)路由器使用的數(shù)目。分布式路由器法與路由服務(wù)器也比較適用于大型的分布式網(wǎng)絡(luò)。 網(wǎng)絡(luò)延遲的增加會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能的下降，網(wǎng)絡(luò)延遲的大小一般與設(shè)備在轉(zhuǎn)發(fā)交通之前所必須處理的作業(yè)的大小成正比。對于第二層的以太交換機(jī)來講，由于第二層虛 擬網(wǎng)本質(zhì)上使用橋而不使用路由器，因此相對速度較快，當(dāng)執(zhí)行一個(gè)簡單的 MAC 地址尋找時(shí)，一個(gè)信息包 (64字節(jié) )的延遲小于 100微秒。第三層路由器的使用增加了頭標(biāo)的尋找及某些算法的執(zhí)行，因此大大增加了信息包的延遲，其延遲時(shí)間高達(dá) 5 毫秒。 可見，對于由第二層交換機(jī)與第三層路由器結(jié)合組成的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)交通經(jīng)由交換機(jī)時(shí)具有相當(dāng)好的性能 。當(dāng)交通從一個(gè)交換機(jī)經(jīng)由路由器流向另一個(gè)交換機(jī)時(shí)性能較差。 幾乎所有的第二層交換機(jī)與軟件配合使用都能將節(jié)點(diǎn)組成虛擬網(wǎng)絡(luò) (廣播域 )，并以此改善網(wǎng)絡(luò)的性能。同一虛擬網(wǎng)內(nèi)節(jié)點(diǎn)之間的交通在 MAC 層進(jìn)行交換，延遲較小。不同虛擬網(wǎng)之間的節(jié)點(diǎn)交換信息時(shí)，信息包傳遞要經(jīng)過路由器，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)延遲較大。 分布路由技術(shù)允許交換機(jī)在第三層協(xié)議子網(wǎng) ID 虛擬網(wǎng)間傳遞信息，能克服上述路由器所形成的瓶頸。 路由服務(wù)器法使用邊界交換機(jī)做出路徑的選擇。偶而在邊界交換機(jī)不知道發(fā)送目標(biāo)地址時(shí)，才向路由服務(wù)器發(fā)詢問信息包，此時(shí)才會出現(xiàn)尋徑的延遲。正常情況下，交換機(jī)可以直接在緩存地址表中查找地址，之后可直接轉(zhuǎn)發(fā)信息包，此種情況下產(chǎn)生的延遲與 MAC 層交換機(jī)的延遲基本相同。 路由信息存放于網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)路由 器中，每種協(xié)議都有相應(yīng)的表列。網(wǎng)管人員必須逐個(gè)對路由器進(jìn)行配置，其中包括濾波器的設(shè)置，增加、修改路由表等。加之人機(jī)界面是基于文本的界面，因此當(dāng)企業(yè)網(wǎng)擴(kuò)展到較大規(guī)模時(shí)，路由器的管理與配置是相當(dāng)費(fèi)時(shí)的。 分布式路由技術(shù)不利的一面是其管理的開銷與路由及交換表數(shù)目的增加呈指數(shù)增加趨勢。為了克服這一缺點(diǎn)，生產(chǎn)商家擬采用以下措施 :在中心控制臺制定交通管制策略，并通過網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)傳播，從而避免對每個(gè)設(shè)備逐一配置，并增加圖形人機(jī)界面。 路由服務(wù)器的特點(diǎn)是易于管理，只需對一個(gè)路由服務(wù)器的配置就可提供高質(zhì)量的服務(wù)與虛擬 網(wǎng)絡(luò)的管理。如 Cabletron 公司的 Securefast 管理程序就能夠允許網(wǎng)管人員利用屏幕，對不同組的用戶分配訪問權(quán)限，通過執(zhí)行該軟件將訪問權(quán)限通知所有的交換機(jī)。 路由服務(wù)器方法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，允許網(wǎng)管人員透明地制定交通管理策略，不必關(guān)心端站用戶的類型。例如，網(wǎng)管人員可將以太交換機(jī)上的節(jié)點(diǎn)與 ATM 上的服務(wù)器分配給同一個(gè)虛擬局域網(wǎng)，而不必輸入以太節(jié)點(diǎn)的 MAC 或 IP 地址，也不必輸入 ATM 節(jié)點(diǎn)的 VPI/VCI。 價(jià)格是人們組網(wǎng)考慮的另一個(gè)主要因素。以下作者給出幾個(gè)公司生產(chǎn)的 50、 250、 500個(gè)端口三種路由方式產(chǎn)品的平均每個(gè)端口價(jià)格的對比情況 (見表 1～ 2)。這里每個(gè)端口的價(jià)格是用端口的數(shù)目去除網(wǎng)絡(luò)設(shè)備總價(jià)格所得的結(jié)果，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備包括以太交換機(jī)、 ATM 交換機(jī)、路由服務(wù)器與第三層路由器。 路由服務(wù)器組網(wǎng)方式只有 Newbridge 公司給出價(jià)格，其 50、 250、 500 個(gè)端口設(shè)備每個(gè)端口的平均價(jià)格分別為 19 1520 與 1435 美元。 從上面給出的數(shù)據(jù)可以看出，基于第二層交換與路由器方式組網(wǎng)的方案價(jià)格最便宜，分布式路由技術(shù)組網(wǎng)價(jià)格最高，而路由服務(wù)器方式組網(wǎng)價(jià)格適中。從中我們還可發(fā)現(xiàn)，使用第二層交換機(jī)與第三層路由器組網(wǎng)時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，平均每個(gè)端口的價(jià)格越來越小，路由服務(wù)器組網(wǎng)的情況與之類似。但分布式路由器組網(wǎng)方式平均每個(gè)端口的價(jià)格受網(wǎng)絡(luò)規(guī)模影響不大。 三、與 ATM主干的連接 由于路由服務(wù)器與分布式路由方式組成的交換 LAN 與 ATM 主干相連目前還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，故各公司提供的連接方式也不盡相同。 常見的方法是將以太或令牌環(huán)局域網(wǎng)交換機(jī)的所有虛擬網(wǎng)的交通送往裝有 ATM接口卡的路由器，但這種作法的缺點(diǎn)是路由器將會成為整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的瓶頸，影響了網(wǎng)絡(luò)的整體性能。 較好的方法是，以太 LAN 交換機(jī)都備有各自的 ATM 接口，從而允許 LAN 交換機(jī)與ATM 交換機(jī)直接建立連接，不必經(jīng)由路由器，這是一個(gè)明顯的改進(jìn)。但不同虛擬網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)傳輸仍需經(jīng)過路由器，瓶頸依然存在。 目前關(guān)于傳統(tǒng)的交通在 ATM 上傳輸有兩種標(biāo)準(zhǔn) :其一是 ATM 論壇制定 的 LAN 仿真，另一種標(biāo)準(zhǔn)是國際計(jì)算機(jī)互連網(wǎng)絡(luò)工程任務(wù)組 IETF 制定的 ATM 上的傳統(tǒng) IP 標(biāo)準(zhǔn) (IPOverATM)。 LAN 仿真運(yùn)行于介質(zhì)訪問控制 MAC 層，它的最大好處是，能確保以太及令牌環(huán)的交通在不需對應(yīng)用程序及人機(jī)界面做任何改變的情況下在 ATM網(wǎng)上正常運(yùn)行 。 IPOverATM 標(biāo)準(zhǔn)與 LAN 仿真具有相同的目的，與 LAN 仿真不同的是，它只允許 ATM交通運(yùn)行于 IP 網(wǎng)絡(luò)。但是，它們都沒有徹底地解決不同虛擬網(wǎng)之間交通的傳輸，仍需要在不同虛擬網(wǎng)之間設(shè)有路由器 :路由器將信元裝配成信息包，完成路由選擇，并在發(fā)送前再將信息包恢復(fù)成信元，這樣做效率明顯要低得多。為了消除路由器形成的瓶頸， ATM 論壇制定了 ATM 上的多協(xié)議傳輸標(biāo)準(zhǔn) (MPOA)，其目的是解決 ATM 上的多種協(xié)議的傳輸，這其中包括 IP、 IPX/SPX 與 Appletalk 等。 MPOA 的不同虛擬網(wǎng)之間的路由交通是基于網(wǎng)絡(luò)層的交通信息 (如 IP 子網(wǎng)地址 )，以達(dá)到避免使用外部路由器的目的。 四、結(jié)論 綜上所述，三種路由器技術(shù)各有特點(diǎn)，各有所長，用戶可根據(jù)自己的實(shí)際需要加以選擇。需要強(qiáng)調(diào)的是，路由技術(shù)在當(dāng)前，乃至于在可預(yù)見的未來，仍是交換網(wǎng)絡(luò)的一個(gè)非常重要的組成部分，路由技術(shù)選擇的正確與否會直接影響網(wǎng)絡(luò)整體性能，必須予以足夠的重視 交換機(jī)如何工作 交換技術(shù)是一個(gè)具有簡化、低價(jià)、高性能和高端口密集特點(diǎn)的交換產(chǎn)品，體現(xiàn)了橋接技術(shù)的復(fù)雜交換技術(shù)在 OSI 參考模型的第二層操作。與橋接器不同的是交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)延遲很小，操作接近單局域網(wǎng) 性能，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通橋接互聯(lián)網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)發(fā)性能。 交換技術(shù)允許共享型呵專用性大的局域網(wǎng)段進(jìn)行帶寬調(diào)整，以減輕局域網(wǎng)之間信息流通出現(xiàn)的瓶頸問題?，F(xiàn)在已經(jīng)有以太網(wǎng)、快速以太網(wǎng)、 FDDI 和 ATM 技術(shù)個(gè)交換產(chǎn)品。 三種交換技術(shù) 1。端口交換 端口交換技術(shù)最早出現(xiàn)在插槽式的集線器中，這類集線器的背板通常劃分有多條以太網(wǎng)段，不用網(wǎng)橋或路由器連接，網(wǎng)絡(luò)之間是互不相通的。以太主模塊插入后通常被分配到某個(gè)背板的網(wǎng)段上，端口交換用于將以太模塊的端口在背板凳多個(gè)網(wǎng)段之間進(jìn)行分配、平衡。根據(jù)支持的程度，端口進(jìn)行還可以細(xì)分為： *模塊交換：將整個(gè)模塊進(jìn)行網(wǎng)段遷移 *端口組交換：通常模塊上的端口被劃分為若干組，每組端口允許進(jìn)行網(wǎng)段遷移。 *端口級交換：支持每個(gè)端口在不同網(wǎng)段之間進(jìn)行遷移。這種交換技術(shù)是基于 OSI 第一層上完成的，具有靈活性和負(fù)載平衡的能力等優(yōu)點(diǎn) .如果配置得當(dāng) ,那么還可以在一定程度進(jìn)行容錯(cuò) ,但沒有改變共享傳輸介質(zhì)的特點(diǎn) ,因而不能稱之為真正的交換 . 幀交換是目前應(yīng)用最廣泛的局域網(wǎng)交換技術(shù) ,它通過對傳統(tǒng)傳輸媒介進(jìn)行微分段 ,提供并行傳送的機(jī)制 ,以減小沖突域 ,獲得高的帶寬 .一般來說每個(gè)公司的產(chǎn)品德實(shí)現(xiàn)技術(shù) 均回游差異 ,但對網(wǎng)絡(luò)幀的處理方式有一下幾種 : *真通交換 :提供線速處理能力 ,交換機(jī)只讀出網(wǎng)絡(luò)幀的前 14個(gè)字節(jié) ,便將網(wǎng)絡(luò)幀轉(zhuǎn)送到相應(yīng)得斷口上 . *貯存轉(zhuǎn)發(fā) :通過對網(wǎng)絡(luò)幀的讀取進(jìn)行驗(yàn)錯(cuò)和控制 . 前一種方法的交換速度非?？?,但缺乏對網(wǎng)絡(luò)幀進(jìn)行更高級的控制 ,缺乏智能性和安全性 ,同時(shí)也無法支持具有不同速率的端口的交換 .因此 ,各廠商把后一種技術(shù)作為重點(diǎn) . ATM 技術(shù)代表了網(wǎng)絡(luò)和通信中眾多難題的一劑 良藥 .ATM 采用固定長度 53 個(gè)字節(jié)的信元交換 .由于長度固定 ,因而便于用硬件實(shí)現(xiàn) .ATM采用專用的 非差別連接 ,并行運(yùn)行 ,可以通過一個(gè)交換機(jī)同時(shí)建立多個(gè)節(jié)點(diǎn) ,但不會影響每個(gè)節(jié)點(diǎn)之