四層交換

六，第四層交換與服務(wù)器集群
　　　 在第四層交換和服務(wù)器集群技術(shù)（如Microsoft的Wolfpack)之間有一些共同的
功能。它們都能提供服務(wù)品負(fù)載平衡和故障防護(hù)功能，盡管許多集群技術(shù)的實(shí)現(xiàn)支持橫跨多個(gè)服務(wù)器的應(yīng)用程序的負(fù)載平衡。這二種技術(shù)的不同之處在于：集群功能經(jīng)常被密地集成在服務(wù)器操作系統(tǒng)中，因此是廠家專有的。被嵌入到操作系統(tǒng)中意味著集群技術(shù)能支持文件系統(tǒng)共享和緊密的服務(wù)器資源濫測，并允許更快的服務(wù)器容錯(cuò)。另一方面，第四層交換是建立在標(biāo)準(zhǔn)IP協(xié)議族之上的。因此，它使不同廠商，不同操作系統(tǒng)的服務(wù)器為負(fù)載平衡和增強(qiáng)可靠性而組成一個(gè)“松散耦合”服務(wù)器集群，這兩種技術(shù)產(chǎn)不是彼盯對立的。服務(wù)器集群能利用第四層交換來同時(shí)提高應(yīng)用程序擴(kuò)展性和服務(wù)器可用性。
　 在服務(wù)器集群中使用第四層交換可以在交換機(jī)上利用第四層交換的功能來保證服務(wù)器集群中各服務(wù)器的負(fù)載平衡。第四層交換可以使人們對許多備份服務(wù)器進(jìn)行毫無顧忌的選擇，同時(shí)，還會(huì)有一系列服務(wù)器在提供同樣的服務(wù)，這樣就可以使各服務(wù)器上的通信量負(fù)載達(dá)到平衡。
　 到目前為止，能使負(fù)載達(dá)到平衡的唯一方法是輪換主機(jī)地址，但問題在于預(yù)測或控制每一服務(wù)器將要獲得的負(fù)載是一件很不容易的事情，這簡直太原始了，并不能滿足用戶對第四層交換的要求。應(yīng)用第四層交換，采用先進(jìn)的應(yīng)用分配算法，能更好，更智能實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡。根據(jù)所需負(fù)載均衡的顆粒度，第四層交換機(jī)可以利用多種方法將應(yīng)用會(huì)話分配到服務(wù)器上。這些方法包括求權(quán)數(shù)最小接入的簡單加權(quán)循環(huán)、測量往返時(shí)延和服務(wù)器自身的閉合環(huán)路反饋等等。
　 閉合環(huán)路反饋是最先進(jìn)的方法，它利用可用內(nèi)存、I/O中斷和CPU利用率等特定的系
統(tǒng)信息，這些信息可以為適配器驅(qū)動(dòng)器和第四層交換機(jī)自動(dòng)獲取。目前的閉合環(huán)路反饋機(jī)制要求在每臺服務(wù)器上安裝軟件代理。

七，如何選用合適的第四層交換
　　 a,速度
　 為了在企業(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(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)包的最大速度路由(假定最壞的情形,即所有包為以及網(wǎng)定義的最小尺寸,長64字節(jié))。
　　 b,服務(wù)器容量平衡算法

　 依據(jù)所希望的容量平衡間隔尺寸，第四層交換機(jī)將應(yīng)用分配給服務(wù)器的算法有很多種，有簡單的檢測環(huán)路最近的連接、檢測環(huán)路時(shí)延或檢測服務(wù)器本身的閉環(huán)反饋。在所有的預(yù)測中，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。
　　 c,表容量
　 應(yīng)注意的是，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。許多第二/ 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。對第四層交換機(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)用類型數(shù)量的增長而迅速增長。第四層交換機(jī)設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)其產(chǎn)品時(shí)需要考慮表的這種增長。大的表容量對制造支持線速發(fā)送第四層流量的高性能交換機(jī)至關(guān)重要.
　　 d,冗余
　 第四層交換機(jī)內(nèi)部有支持冗余拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功能。在具有雙鏈路的網(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)。

八，介紹幾種第四層交換產(chǎn)品
　　 Berkeley Networks公司的exponeNT e4和Alteon Networks公司的ACEswith 180兩款
第四層交換產(chǎn)品具有突出的性能和靈活性，能夠比第二層和第三層交換機(jī)做出更智能的轉(zhuǎn)發(fā)決定。由于把包頭查詢的代碼嵌入到交換機(jī)中的專用集成電路（ASIC）中去實(shí)現(xiàn)上述功能，幾乎不會(huì)造成任何延時(shí)。這兩家廠商的交換機(jī)都能實(shí)現(xiàn)10M、100M和千兆以太網(wǎng)功能，但是Berkeley的交換機(jī)是設(shè)計(jì)用于企業(yè)應(yīng)用的，而Alteon交換機(jī)則是用于擁有大量Web或FTP服務(wù)器的機(jī)構(gòu)的。
　 Alteon的第四層交換技術(shù)能通過對服務(wù)器的性能和運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測，根據(jù)不同
服務(wù)器的健康狀況，將來訪的數(shù)據(jù)流以經(jīng)濟(jì)高效的方式分配到合適的服務(wù)器上。同時(shí)，Alteon的第四層交換技術(shù)具有Web高速緩存重定向功能，能把指定發(fā)往遠(yuǎn)程Internet主機(jī)的HTTP通信攔截，并將這些通信重新定向到本地的高速緩存服務(wù)器上，從而大大加快了訪問Internet的速度，并節(jié)省了大量寶貴的廣域網(wǎng)帶寬。而且這對于用戶和信息提供者來說是完全透明的，不需要用戶和信息提供者做任何的設(shè)置。
　　 Cabletron公司的SmartSwitch Router和Torrent NetworkingTechnologies公司推出
的IP9000 Gigabit Router 也是具有第四層交換功能的產(chǎn)品。其中SmartSwitch Router可以實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)從常規(guī)第三層交換向全面的第三、第四層交換功能的升級轉(zhuǎn)換，其獨(dú)特的廣域網(wǎng)集成能力以及基于第四層交換的訪問控制能力對于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸安全、有序地進(jìn)行發(fā)揮了關(guān)鍵作用。此外，Cabletron Smart SwitchRouter基于第四層交換的QoS功能為特定業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)據(jù)交換提供了不同級別的優(yōu)先處理能力。

九，第四層交換與單功能負(fù)載均衡產(chǎn)品
　 目前一般的單功能負(fù)載均衡產(chǎn)品可以每秒連接400到800個(gè)接入。而同時(shí)具有第二層和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Intranet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(huì)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Internet中最重要的一種應(yīng)用，目前Internet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(huì)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。