二、三、四、七层交换技术区别
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1、作为一名普通网管,如果想从基础工作转向技术主管或管理更大型的网吧, 就要认真了解一些虽然基础,却又最容易被忽视的网络知识,而这些网络知识往 往是在网吧实际建网当中必不可少的,所以一般很难接触到实践的机会,只能通 过理论知识与模拟软件来练习,本文以对比的方式分析几本网络交换方式,目的 在于帮助大家了解这些最常听到却最少了解到的网络组建知识,以便大家在担任 更高阶的网络设计任务时做到心中有数。二层交换技术二层交换想信大家都已经非常熟悉了,可以简单的解释成以IP与MAC共 同确认数据包地址,然后传输数据包,交换机与PC当中都存有一个MAC表, 通过广播的形式来建立和更新MAC地址表,众所周知,第二层
2、交换机,是根据 第二层数据链路层的MAC地址和通过站表选择路由来完成端到端的数据交换的。 因为站表的建立与维护是由交换机自动完成,而路由器又是属于第三层设备,其 寻址过程是根据IP地址寻址和通过路由表与路由协议产生的。所以,第二层交 换机的最大好处是数据传输速度快,因为它只须识别数据帧中的MAC地址,而 直接根据MAC地址产生选择转发端口的算法又十分简单,非常便于采用ASIC 专用芯片实现。显然,第二层交换机的解决方案,实际上是一个“处处交换”的廉 价方案,虽然该方案也能划分子网、限制广播、建立VLAN,但它的控制能力较 小、灵活性不够,也无法控制各信息点的流量,缺泛方便实用的路由功能。网吧
3、应有二层交换最普遍,而组网和处理网络故障也最简单,当然其问题也是显而易 见的,例如现在流行的ARP欺骗就是通过篡改MAC表来实现局域网木马传播 和攻击的。三层交换技术近年来听过许多关于三层技术的宣传,耳朵都能起茧子,到处都在喊三层技 术,有人说这是个非常新的技术,也有人说,三层交换嘛,不就是路由器和二层 交换机的堆叠,也没有什么新的玩意,事实果真如此吗?下面先来通过一个简单 的网络来看看三层交换机的工作过程。假定有两台电脑分别是使用IP的设备A 与使用IP的设备B比,现在A要给B发送数据,已知目的IP,那么A就用子 网掩码取得网络地址,判断目的IP是否与自己在同一网段。如果在同一网段, 但不知
4、道转发数据所需的MAC地址,A就发送一个ARP请求,B返回其MAC 地址,A用此MAC封装数据包并发送给交换机,交换机起用二层交换模块,查 找MAC地址表,将数据包转发到相应的端口。如果目的IP地址显示不是同一 网段的,那么A要实现和B的通讯,在流缓存条目中没有对应MAC地址条目, 就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关,这个缺省网关一般在操作系统中已 经设好,对应第三层路由模块,所以可见对于不是同一子网的数据,最先在MAC 表中放的是缺省网关的MAC地址;然后就由三层模块接收到此数据包,查询路 由表以确定到达B的路由,将构造一个新的帧头,其中以缺省网关的MAC地址 为源MAC地址,以主机B的
5、MAC地址为目的MAC地址。通过一定的识别触 发机制,确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对应关系,并记录进流缓 存条目表,以后的A到B的数据,就直接交由二层交换模块完成。这就通常所 说的一次路由多次转发。以上就是三层交换机工作过程的简单概括,可以看出三层交换的特点:由硬 件结合实现数据的高速转发。这就不是简单的二层交换机和路由器的叠加,三层 路由模块直接叠加在二层交换的高速背板总线上,突破了传统路由器的接口速率 限制,速率可达几十Gbit/s。算上背板带宽,这些是三层交换机性能的两个重要 参数。简洁的路由软件使路由过程简化。大部分的数据转发,除了必要的路由选择 交由路由软件处理,都是又二层
6、模块高速转发,路由软件大多都是经过处理的高 效优化软件,并不是简单照搬路由器中的软件。总结起来第三层交换机,是直接根据第三层网络层IP地址来完成端到端的 数据交换的。表面上看,第三层交换机是第二层交换器与路由器的合二而一,然 而这种结合并非简单的物理结合,而是各取所长的逻辑结合。其重要表现是,当 某一信息源的第一个数据流进行第三层交换后,其中的路由系统将会产生一个 MAC地址与IP地址的映射表,并将该表存储起来,当同一信息源的后续数据流 再次进入交换环境时,交换机将根据第一次产生并保存的地址映射表,直接从第 二层由源地址传输到目的地址,不再经过第三路由系统处理,从而消除了路由选 择时造成的网络
7、延迟,提高了数据包的转发效率,解决了网间传输信息时路由产 生的速率瓶颈。所以说,第三层交换机既可完成第二层交换机的端口交换功能, 又可完成部分路由器的路由功能。即第三层交换机的交换机方案,实际上是一个 能够支持多层次动态集成的解决方案,虽然这种多层次动态集成功能在某些程度 上也能由传统路由器和第二层交换机搭载完成,但这种搭载方案与采用三层交换 机相比,不仅需要更多的设备配置、占用更大的空间、设计更多的布线和花费更 高的成本,而且数据传输性能也要差得多,因为在海量数据传输中,搭载方案中 的路由器无法克服路由传输速率瓶颈。四层交换技术第四层交换的一个简单定义是一种功能,它决定传输不仅仅依据MAC地
8、址 (第二层网桥)或源/目标IP地址(第三层路由),而且依据TCP/UDP(第四层)应用端 口号。第四层交换功能就象是虚IP,指向物理服务器。它传输的业务服从的协 议多种多样,有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他协议。这些业务在物理服务器 基础上,需要复杂的载量平衡算法。在IP世界,业务类型由终端TCP或UDP 端口地址来决定,在第四层交换中的应用区间则由源端和终端IP地址、TCP和 UDP端口共同决定。在第四层交换中为每个供搜寻使用的服务器组设立虚IP地 址(VIP),每组服务器支持某种应用。在域名服务器(DNS)中存储的每个应 用服务器地址是,而不是真实的服务器地址。当某用户申请
9、应用时,一个带 有目标服务器组的VIP连接请求(例如一个TCPSYN包)发给服务器交换机。 服务器交换机在组中选取最好的服务器,将终端地址中的VIP用实际服务器的 IP取代,并将连接请求传给服务器。这样,同一区间所有的包由服务器交换机 进行映射,在用户和同一服务器间进行传输。第四层交换的原理 OSI模型的第 四层是传输层。传输层负责端对端通信,即在网络源和目标系统之间协调通信。 在IP协议栈中这是TCP (一种传输协议)和UDP (用户数据包协议)所在的协 议层。第四层交换机不仅可以完成端到端交换,还能根据端口主机的应用特点,确 定或限制它的交换流量。简单地说,第四层交换机是基于传输层数据包的
10、交换过 程的,是一类基于TCP/IP协议应用层的用户应用交换需求的新型局域网交换机。 第四层交换机支持TCP/UDP第四层以下的所有协议,可识别至少80个字节的 数据包包头长度,可根据TCP/UDP端口号来区分数据包的应用类型,从而实现 应用层的访问控制和服务质量保证。所以,与其说第四层交换机是硬件网络设备, 还不如说它是软件网络管理系统。也就是说,第四层交换机是一类以软件技术为 主,以硬件技术为辅的网络管理交换设备。最后值得指出的是,某些人在不同程 度上还存在一些模糊概念,认为所谓第四层交换机实际上就是在第三层交换机上 增加了具有通过辨别第四层协议端口的能力,仅在第三层交换机上增加了一些增
11、值软件罢了,因而并非工作在传输层,而是仍然在第三层上进行交换操作,只不 过是对第三层交换更加敏感而已,从根本上否定第四层交换的关键技术与作用。 我们知道,数据包的第二层IEEE802.1P字段或第三层IPToS字段可以用于区分 数据包本身的优先级,我们说第四层交换机基于第四层数据包交换,这是说它可 以根据第四层TCP/UDP端口号来分析数据包应用类型,即第四层交换机不仅完 全具备第三层交换机的所有交换功能和性能,还能支持第三层交换机不可能拥有 的网络流量和服务质量控制的智能型功能。第七层交换在高可用性和负载均衡方面,有许多先进的工具可以利用由应用返回给最终 用户的第七层信息。用户不仅能验证是否
12、在发送正确的内容,而且还能打开网络 上传送的数据包(不用考虑IP地址或端口),并根据包中的信息做出负载均衡决定。 从本质上讲,这种智能性迁移超越了第四层的功能。最多具有第四层功能的设备 无法识别流过此端口的不同类型的传输流,因此它们对所有传输流同等对待。可 是传输流并不都是相同的。对于负载均衡产品来说,能够知道流过此端口的数据 是流媒体还是对商品目录中一件商品的简单请求非常有用,也许商家想赋予需要 此目录项的客户更高的优先级。不少具有第四层功能的设备以同样的方式对待这 两种类型的数据,因而可能将流媒体数据发送到无法做出响应的服务器,导致错 误的信息和时延。而第七层的智能性能够进行进一步的控制,
13、即对所有传输流和 内容的控制。这类具有第七层认知的产品的部分功能,是保证不同类型的传输流 可以被赋予不同的优先级。具有第七层认知的设备不是依靠路由设备或应用来识 别差别服务(Diff-Serv)、通用开放策略服务或其它服务质量协议的传输流,它 可以对传输流进行过滤并分配优先级。这就使你不必依靠应用或网络设备来达到 这些目的。第七层交换可以实现有效的数据流优化和智能负载均衡。其实万变不离其宗,数据比特流在交换机之前最终还是要靠物理层也就是第 一层来传输的,而其他二、三、四、七层交换技术都是依托于这个基础在路由器、 交换机上得以充分发展,而如今随着网络技术发展,OSI七层模型也渐渐的与一 些新技术发展越来越不适用,人们也已经渐渐不太关心到底这些技术属于哪一层, 但有点是作为网吧工作的网管,仍然要牢记这一基础知识,面对新一代的网络简 化模型或全新的三维技术框架的时候才能做到知识无断层,从容应用新技术为网 吧技术管理带来便利。
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