熟悉主流堆棧交換技術(shù) 合理匹配***交換機(jī)，通過(guò)我們前面的介紹已經(jīng)知道，按交換機(jī)工作在OSI／RM堆棧協(xié)議層來(lái)分的話，目前的交換機(jī)主要有第二層、第三層和第四層交換機(jī)，它們都有其對(duì)應(yīng)的主流交換技術(shù)，下面分別予以介紹。

主流堆棧交換技術(shù)：第二層交換技術(shù)

90年代初，在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成模式中大量引入了局域網(wǎng)交換機(jī)。局域網(wǎng)交換機(jī)是一種第二層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，交換機(jī)在操作過(guò)程中不斷地收集資料去建立它本身的地址表，這個(gè)表相當(dāng)簡(jiǎn)單，主要標(biāo)明某個(gè)MAC地址是在哪個(gè)端口上被發(fā)現(xiàn)的。

當(dāng)交換機(jī)接收到一個(gè)數(shù)據(jù)封包時(shí)，它檢查該封包的目的MAC地址，核對(duì)一下自己的地址表以決定從哪個(gè)端口發(fā)送出去。而不是象集線器那樣，任何一個(gè)發(fā)送方數(shù)據(jù)都會(huì)出現(xiàn)在集線器的所有端口上（不管是否為你所需）。這時(shí)的交換機(jī)因?yàn)槠渲荒芄ぷ髟贠SI／RM的第二層，所以也就稱(chēng)之為第二層交換機(jī)，所采用的技術(shù)也就稱(chēng)之為“第二層交換技術(shù)”。

“第二層交換”是指OSI第二層或稱(chēng)MAC層的交換。第二層交換機(jī)的引入，使得網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)間可獨(dú)享帶寬，消除了無(wú)謂的碰撞檢測(cè)和出錯(cuò)重發(fā)，提高了傳輸效率，在交換機(jī)中可并行的維護(hù)幾個(gè)獨(dú)立的、互不影響的通信進(jìn)程。在交換網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，用戶信息只在源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行傳送，其他節(jié)點(diǎn)是不可見(jiàn)的。

但有一點(diǎn)例外，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)上發(fā)送廣播或多目廣播時(shí)，或某一節(jié)點(diǎn)發(fā)送了一個(gè)交換機(jī)不認(rèn)識(shí)的MAC地址封包時(shí)，交換機(jī)上的所有節(jié)點(diǎn)都將收到這一廣播信息。整個(gè)交換環(huán)境構(gòu)成一個(gè)大的廣播域。也就是說(shuō)第二層交換機(jī)仍可能存在“廣播風(fēng)暴”，廣播風(fēng)暴會(huì)使網(wǎng)絡(luò)的效率大打折扣，但出現(xiàn)情況的情形的比率比起集線器來(lái)說(shuō)要少許多。

第二層交換仍存在“廣播風(fēng)暴”的弱點(diǎn)，同時(shí)，使用第二層交換并不能給路由器的功能帶來(lái)什么進(jìn)步。這樣的結(jié)果是，第二層交換只能在本地不含任何路由器的工作組中取得性能的提高。在使用第二層交換的工作組之間，通過(guò)路由器的端到端性能會(huì)因?yàn)槁酚善髯枞舭瑥亩鴮?dǎo)致實(shí)質(zhì)上的性能下降。正因如此，其于路由方式的第三交換技術(shù)順應(yīng)時(shí)代的需要而產(chǎn)生了。

主流堆棧交換技術(shù)：第三層交換技術(shù)

在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成的技術(shù)中，直接面向用戶的***層接口和第二層交換技術(shù)方面已得到令人滿意的答案。但是，作為網(wǎng)絡(luò)核心、起到網(wǎng)間互連作用的路由器技術(shù)卻沒(méi)有質(zhì)的突破。傳統(tǒng)的路由器基于軟件，協(xié)議復(fù)雜，與局域網(wǎng)速度相比，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)男瘦^低。

但同時(shí)它又作為網(wǎng)段（子網(wǎng)，虛擬網(wǎng)）互連的樞紐，這就使傳統(tǒng)的路由器技術(shù)面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。隨著Internet、Intranet的迅猛發(fā)展和B／S（瀏覽器／服務(wù)器）計(jì)算模式的廣泛應(yīng)用，跨地域、跨網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)急劇增長(zhǎng)，業(yè)界和用戶深感傳統(tǒng)的路由器在網(wǎng)絡(luò)中的瓶頸效應(yīng)，改進(jìn)傳統(tǒng)的路由技術(shù)已迫在眉睫。

在這種情況下，一種新的路由技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，這就是第三層交換技術(shù)。說(shuō)它是路由器，因?yàn)樗刹僮髟诰W(wǎng)絡(luò)協(xié)議的第三層，是一種路由理解設(shè)備并可起到路由決定的作用；說(shuō)它是交換器，是因?yàn)樗乃俣葮O快，幾乎達(dá)到第二層交換的速度。

一個(gè)具有第三層交換功能的設(shè)備是一個(gè)帶有第三層路由功能的第二層交換機(jī)，但它是二者的有機(jī)結(jié)合，并不是簡(jiǎn)單的把路由器設(shè)備的硬件及軟件簡(jiǎn)單地疊加在局域網(wǎng)交換機(jī)上。從硬件的實(shí)現(xiàn)上看，目前，第二層交換機(jī)的接口模塊都是通過(guò)高速背板／總線（速率可高達(dá)幾十Gbit／s）交換數(shù)據(jù)的。

在第三層交換機(jī)中，與路由器有關(guān)的第三層路由硬件模塊也插接在高速背板／總線上，這種方式使得路由模塊可以與需要路由的其他模塊間高速的交換數(shù)據(jù)，從而突破了傳統(tǒng)的外接路由器接口速率的限制（10Mbit／s——100Mbit／s）。在軟件方面，第三層交換機(jī)也有重大的舉措，它將傳統(tǒng)的基于軟件的路由器軟件進(jìn)行了界定。目前基于第三層交換技術(shù)的第三層交換機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，并得到了用戶一致的贊同。

主流堆棧交換技術(shù)：第四層交換

雖然第三層交換技術(shù)使得用戶可在工作組之間獲得無(wú)失真的100Mbps、1000Mbps的數(shù)據(jù)交換速率。但這一切還得有一個(gè)先決條件，那就是只有當(dāng)用戶和服務(wù)器本身都能跟上網(wǎng)絡(luò)中的帶寬增長(zhǎng)，包的傳輸可以達(dá)到系統(tǒng)的極限。

即達(dá)到CPU能夠處理的***速度，才是真正的成功。目前的主要問(wèn)題在于提高服務(wù)器的能力，因?yàn)樵絹?lái)越多功能強(qiáng)大的工作站連到Ethernet交換的桌面上，用戶桌面的能力并沒(méi)有得到充分的發(fā)揮。

如果服務(wù)器容量能夠滿足需求，問(wèn)題解決起來(lái)就相當(dāng)簡(jiǎn)單。不幸的是，即使是最簡(jiǎn)單的對(duì)稱(chēng)多處理服務(wù)器的CPU升級(jí)也需要大量的時(shí)間，而且需要冗長(zhǎng)繁雜的計(jì)劃和管理。當(dāng)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建立在G比特速率的第二層和第三層交換上，有高速WAN接入，服務(wù)器問(wèn)題就將成為隨之而來(lái)的瓶頸。

也就是說(shuō)如果服務(wù)器速度跟不上，即使是具有最快速交換的網(wǎng)絡(luò)也不能完全確保端到端的性能?？梢韵胂窀邇?yōu)先權(quán)的業(yè)務(wù)在這種QoS使能的網(wǎng)絡(luò)中會(huì)因服務(wù)器中低優(yōu)先權(quán)的業(yè)務(wù)隊(duì)列而阻塞。在更糟的情況下，服務(wù)器甚至?xí)适аh(huán)處理業(yè)務(wù)的能力。在這樣的需求背景下，第四層交換技術(shù)也就設(shè)計(jì)產(chǎn)生了，基于服務(wù)器設(shè)計(jì)的第四層交換擴(kuò)展了服務(wù)器、第二層、第三層交換的性能和業(yè)務(wù)流的管理功能。

第四層交換功能就像是虛IP，直接指向物理服務(wù)器。它傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)服從的協(xié)議多種多樣，有HTTP、FTP、NFS、Telnet或其他協(xié)議。這些業(yè)務(wù)在物理服務(wù)器基礎(chǔ)上，需要復(fù)雜的載量平衡算法。在IP世界，業(yè)務(wù)類(lèi)型由終端TCP或UDP端口地址來(lái)決定，在第四層交換中的應(yīng)用區(qū)間則由源端和終端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。

在第四層交換中為每個(gè)供搜尋使用的服務(wù)器組設(shè)立虛IP地址（VIP），每組服務(wù)器支持某種應(yīng)用。在域名服務(wù)器（DNS）中存儲(chǔ)的每個(gè)應(yīng)用服務(wù)器地址是VIP，而不是真實(shí)的服務(wù)器地址。當(dāng)某用戶申請(qǐng)應(yīng)用時(shí)，一個(gè)帶有目標(biāo)服務(wù)器組的VIP連接請(qǐng)求（例如一個(gè)TCPSYN包）發(fā)給服務(wù)器交換機(jī)。

服務(wù)器交換機(jī)在組中選取***的服務(wù)器，將終端地址中的VIP用實(shí)際服務(wù)器的IP取代，并將連接請(qǐng)求傳給服務(wù)器。這樣，同一區(qū)間所有的包由服務(wù)器交換機(jī)進(jìn)行映射，在用戶和同一服務(wù)器間進(jìn)行傳輸。第四層交換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

◆從操作方面來(lái)看，第四層交換是穩(wěn)固的，因?yàn)樗鼘刂圃趶脑炊说侥康亩说膮^(qū)間中。

◆另一方面，路由器或第三層交換技術(shù)，只針對(duì)單一的包進(jìn)行處理，不清楚上一個(gè)包從哪來(lái)、也不知道下一個(gè)包的情況。它們只是檢測(cè)包報(bào)頭中的TCP端口數(shù)字，根據(jù)應(yīng)用建立優(yōu)先級(jí)隊(duì)列。路由器根據(jù)鏈路和網(wǎng)絡(luò)可用的節(jié)點(diǎn)決定包的路由。

◆第四層交換使用第三層和第四層信息包的報(bào)頭信息，根據(jù)應(yīng)用區(qū)間識(shí)別業(yè)務(wù)流，將整個(gè)區(qū)間段的業(yè)務(wù)流分配到合適的應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行處理。每個(gè)開(kāi)放的區(qū)間與特定的服務(wù)器相關(guān)，為跟蹤服務(wù)器，第四層交換使用多個(gè)服務(wù)器支持的特殊應(yīng)用，隨著服務(wù)器的增加而增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的整體性能。同時(shí)，第四層交換通過(guò)減少對(duì)任何特定服務(wù)器的依賴性而提高應(yīng)用的可*性。

◆第四層交換也要求端到端QoS，提高第二層和第三層交換中一包接一包QoS傳輸?shù)哪芰Α＠?，從?jí)別高用戶來(lái)的業(yè)務(wù)或重要應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流，可以分配給最快的I／O系統(tǒng)和CPU，而普通的業(yè)務(wù)就分配給性能較差的機(jī)器。

以上介紹了一些主流堆棧交換技術(shù)基本的第二層、第三層和第四層交換技術(shù)，其實(shí)還有許多復(fù)雜、先進(jìn)的交換技術(shù)，在此就不作詳細(xì)介紹了。同時(shí)要注意，以上所介紹的這些交換技術(shù)并不是只能單獨(dú)存在，也許它們結(jié)合使用更具有優(yōu)勢(shì)。

例如第二層、第三層和第四層主流堆棧交換技術(shù)在校園網(wǎng)絡(luò)中可以有很好的應(yīng)用。第二層交換機(jī)連接用戶和網(wǎng)絡(luò)，在子網(wǎng)中指引業(yè)務(wù)流，第三層交換機(jī)或路由器將包從一個(gè)子網(wǎng)傳到另一個(gè)子網(wǎng)，第四層交換機(jī)將包傳到終端服務(wù)器。