網(wǎng)絡(luò)七層結(jié)構(gòu)介紹
OSI開放式系統(tǒng)互聯(lián)模型是1984年國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）提出的一個(gè)參考模型。此模型作為網(wǎng)絡(luò)通信的概念性標(biāo)準(zhǔn)框架，使通信在不同的制造商的設(shè)備和應(yīng)用軟件所形成的網(wǎng)絡(luò)上的進(jìn)行成為可能?，F(xiàn)在此模型已成為一個(gè)主要的結(jié)構(gòu)模型用于計(jì)算機(jī)之間和網(wǎng)絡(luò)間的通信。目前使用的大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議都基于OSI模型的結(jié)構(gòu)。OSI將其定義為七層，即將網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)中有關(guān)活動(dòng)信息的任務(wù)劃分為七個(gè)更小、更易于處理的任務(wù)組。一個(gè)任務(wù)或任務(wù)組被分配到一個(gè)OSI層。每一層都是獨(dú)自存在的，因此分配到各層的任務(wù)能夠獨(dú)立地執(zhí)行。這樣使得由其中某層提供的解決方案能夠在不影響其他層的情況下被更新。
一、網(wǎng)絡(luò)七層結(jié)構(gòu)定義
OSI七層模型的每一層具有清晰的特點(diǎn)?；緛?lái)說(shuō)，第七至第四層處理首尾相連的數(shù)據(jù)源和目的地址間的通信，而第三至第一層處理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的通信時(shí)。另一方面，OSI模型的七個(gè)層可以劃分為兩組：上層（層7、層6和層5）和下層（層4、層3、層2和層1）。OSI模型的上層處理應(yīng)用信息，并且只在軟件上執(zhí)行。最高層，即應(yīng)用層是與終端用戶最接近的。OSI模型的下層是處理數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。物理層和?shù)據(jù)鏈路層上的信息執(zhí)行是在硬件和軟件上。最底層，即物理層是與物理網(wǎng)絡(luò)媒介（比如說(shuō)電線）最接近的，并且負(fù)責(zé)在媒介上替換數(shù)據(jù)。圖2-1是OSI七層模型的示意。
圖2-1OSI七層模型
二、網(wǎng)絡(luò)七層協(xié)議的功能
1、物理層（Physical）
物理層是OSI的第一層，它雖然處于最底層，卻是整個(gè)開放系統(tǒng)的基礎(chǔ)。物理層為設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及互連設(shè)備，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境。
媒體和互連設(shè)備物理層的媒體包括架空明線、平衡電纜、光纖、無(wú)線信道等。通信用的互連設(shè)備指DTE和DCE間的互連設(shè)備。DTE即數(shù)據(jù)終端設(shè)備，又稱物理設(shè)備，如計(jì)算機(jī)、終端等都包括在內(nèi)。而DCE則是數(shù)據(jù)通信設(shè)備或電路連接設(shè)備，如調(diào)制解調(diào)器等。數(shù)據(jù)傳輸通常是經(jīng)過(guò)DTEDCE，再經(jīng)過(guò)DCEDTE的路徑?；ミB設(shè)備指將DTE、DCE連接起來(lái)的裝置，如各種插頭、插座。LAN中的各種粗、細(xì)同軸電纜，T形接頭、插頭，接收器，發(fā)送器，中繼器等都屬于物理層的媒體和連接器。
2、數(shù)據(jù)鏈路層（DateLink）
數(shù)據(jù)鏈路可以粗略地理解為數(shù)據(jù)通道。物理層要為終端設(shè)備間的數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及其連接。媒體是長(zhǎng)期的，連接是有生存期的。在連接生存期內(nèi)，收發(fā)兩端可以進(jìn)行不等的一次或多次數(shù)據(jù)通信。每次通信都要經(jīng)過(guò)建立通信聯(lián)絡(luò)和拆除通信聯(lián)絡(luò)兩過(guò)程。這種建立起來(lái)的數(shù)據(jù)收發(fā)關(guān)系就叫做數(shù)據(jù)鏈路。而在物理媒體上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)難免受到各種不可靠因素的影響而產(chǎn)生差錯(cuò)，為了彌補(bǔ)物理層上的不足，為上層提供無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸，就要能對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。數(shù)據(jù)鏈路的建立、拆除，對(duì)數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)、糾錯(cuò)是數(shù)據(jù)鏈路層的基本任務(wù)。
3、網(wǎng)絡(luò)層（Networt）
網(wǎng)絡(luò)層的產(chǎn)生也是網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的結(jié)果。在聯(lián)機(jī)系統(tǒng)和線路交換的環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)層的功能沒(méi)有太大意義。當(dāng)數(shù)據(jù)終端增多時(shí)。它們之間有中繼設(shè)備相連。此時(shí)會(huì)出現(xiàn)一臺(tái)終端要求不只是與惟一的一臺(tái)而是能和多臺(tái)終端通信的情況，這就產(chǎn)生了把任意兩臺(tái)數(shù)據(jù)終端設(shè)備的數(shù)據(jù)鏈接起來(lái)的問(wèn)題，也就是路由或?qū)健Ａ硗?，?dāng)一條物理信道建立之后，被一對(duì)用戶使用，往往有許多空閑時(shí)間被浪費(fèi)掉了。于是人們自然會(huì)希望讓多對(duì)用戶共用一條鏈路。為解決這一問(wèn)題，就出現(xiàn)了邏輯信道技術(shù)和虛擬電路技術(shù)。
在具有開放特性的網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)終端設(shè)備，都要配置網(wǎng)絡(luò)層的功能?，F(xiàn)在市場(chǎng)上銷售的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備主要有網(wǎng)關(guān)和路由器等。
4、傳輸層（Transport）
傳輸層是兩臺(tái)計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，第一個(gè)端到端的層次，具有緩沖作用。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)質(zhì)量不能滿足要求時(shí)，它將服務(wù)加以提高，以滿足高層的要求；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)層服務(wù)質(zhì)量較好時(shí)，它只用很少的工作。傳輸層還可進(jìn)行復(fù)用，即在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接上創(chuàng)建多個(gè)邏輯連接。傳輸層也稱為運(yùn)輸層。傳輸層只存在于端開放系統(tǒng)中，是介于低3層通信子網(wǎng)系統(tǒng)和高3層之間的一層，但是很重要的一層。因?yàn)樗怯稍炊说侥康亩藢?duì)數(shù)據(jù)傳送進(jìn)行控制從低到高的最后一層。
世界上各種通信子網(wǎng)在性能上存在著很大差異。例如電話交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)。局域網(wǎng)等通信子網(wǎng)都可互連，但它們提供的吞吐量、傳輸速率、數(shù)據(jù)延遲通信費(fèi)用各不相同。對(duì)于會(huì)話層來(lái)說(shuō)，卻要求有一性能恒定的界面。傳輸層就承擔(dān)了這一功能。它采用分流/合流，復(fù)用/介復(fù)用技術(shù)來(lái)調(diào)節(jié)上述通信子網(wǎng)的差異，使會(huì)話層感受不到。
此外傳輸層還要具備差錯(cuò)恢復(fù)、流量控制等功能，以此對(duì)會(huì)話層屏蔽通信子網(wǎng)在這些方面的細(xì)節(jié)與差異。傳輸層面對(duì)的數(shù)據(jù)對(duì)象已不是網(wǎng)絡(luò)地址和主機(jī)地址，而是和會(huì)話層的界面端口。上述功能的最終目的是為會(huì)話提供可靠的、無(wú)誤的數(shù)據(jù)傳輸。傳輸層的服務(wù)一般要經(jīng)歷傳輸連接建立階段、數(shù)據(jù)傳送階段、傳輸連接釋放階段3個(gè)階段才算完成一個(gè)完整的服務(wù)過(guò)程。
5、會(huì)話層（Session）
會(huì)話層提供的服務(wù)可使應(yīng)用建立和維持會(huì)話，并能使會(huì)話獲得同步。會(huì)話層使用校驗(yàn)點(diǎn)可使通信會(huì)話在通信失效時(shí)從校驗(yàn)點(diǎn)繼續(xù)恢復(fù)通信。這種能力對(duì)于傳送大的文件極為重要。會(huì)話層、表示層、應(yīng)用層構(gòu)成開放系統(tǒng)的高3層，面對(duì)應(yīng)用進(jìn)程提供分布處理、對(duì)話管理、信息表示、恢復(fù)最后的差錯(cuò)等。
6、表示層（Presertation）
表示層的作用之一是為異種機(jī)通信提供一種公共語(yǔ)言，以便能進(jìn)行互操作。這種類型的服務(wù)之所以需要，是因?yàn)椴煌挠?jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)使用的數(shù)據(jù)表示法不同。在這種情況下，便需要會(huì)話層來(lái)完成這種轉(zhuǎn)換。通過(guò)前面的介紹，我們可以看出，會(huì)話層以下5層完成了端到端的數(shù)據(jù)傳送，并且是可靠、無(wú)差錯(cuò)的傳送。但是數(shù)據(jù)傳送只是手段而不是目的，最終是要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的使用。由于各種系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)的定義并不完全相同，最易明白的例子是鍵盤，其上的某些鍵的含義在許多系統(tǒng)中都有差異。這自然給利用其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)造成了障礙。表示層和應(yīng)用層就擔(dān)負(fù)了消除這種障礙的任務(wù)。
對(duì)于用戶數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，可以從兩個(gè)側(cè)面來(lái)分析，一個(gè)是數(shù)據(jù)含義被稱為語(yǔ)義，另一個(gè)是數(shù)據(jù)的表示形式，稱做語(yǔ)法。像文字、圖形、聲音、文種、壓縮和加密等都屬于語(yǔ)法范疇。表示層設(shè)計(jì)了3類15種功能單位，其中上下文管理功能單位就是溝通用戶間的數(shù)據(jù)編碼規(guī)則，以便雙方有一致的數(shù)據(jù)形式，能夠互相認(rèn)識(shí)。
7、應(yīng)用層（Application）
應(yīng)用層向應(yīng)用程序提供服務(wù)，這些服務(wù)按其向應(yīng)用程序提供的特性分成組，并稱之為服務(wù)元素。有些可為多種應(yīng)用程序共同使用，有些則為較少的一類應(yīng)用程序使用。應(yīng)用層是開放系統(tǒng)的最高層，是直接為應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)的。其作用是在實(shí)現(xiàn)多個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)程相互通信的同時(shí)，完成一系列業(yè)務(wù)處理所需的服務(wù)。其服務(wù)元素分為兩類：公共應(yīng)用服務(wù)元素CASE和特定應(yīng)用服務(wù)元素SASE。CASE提供最基本的服務(wù)，它成為應(yīng)用層中任何用戶和任何服務(wù)元素的用戶，主要為應(yīng)用進(jìn)程通信、分布系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)提供基本的控制機(jī)制。特定服務(wù)SASE則要滿足一些特定服務(wù)，如文卷傳送、訪問(wèn)管理、作業(yè)傳送、銀行事務(wù)、訂單輸入等。
通過(guò)OSI層，信息可以從一臺(tái)計(jì)算機(jī)的軟件應(yīng)用程序傳輸?shù)搅硪慌_(tái)的應(yīng)用程序上。例如，計(jì)算機(jī)A要將信息從其應(yīng)用程序上發(fā)送到計(jì)算機(jī)B的應(yīng)用程序，計(jì)算機(jī)A中的應(yīng)用程序需要將信息先發(fā)送到它本身的應(yīng)用層（第七層），然后此層將信息發(fā)送到表示層（第六層），表示層將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到會(huì)話層（第五層），如此繼續(xù)，直至物理層（第一層）。在物理層，數(shù)據(jù)通過(guò)物理網(wǎng)絡(luò)媒介被替換，并且被發(fā)送至計(jì)算機(jī)B。計(jì)算機(jī)B的物理層接收來(lái)自物理媒介的數(shù)據(jù)，然后將信息向上發(fā)送至數(shù)據(jù)鏈路層（第二層），再轉(zhuǎn)送給網(wǎng)絡(luò)層，依次繼續(xù)直到信息到達(dá)計(jì)算機(jī)B的應(yīng)用層。最后，計(jì)算機(jī)B的應(yīng)用層再將信息傳送給應(yīng)用程序接收端，從而完成通信過(guò)程。下面圖示說(shuō)明了這一過(guò)程：
OSI的七層使用各種各樣控制信息框架，來(lái)和其他計(jì)算機(jī)體系的對(duì)應(yīng)層進(jìn)行通信?？刂菩畔⒂商厥庹?qǐng)求和說(shuō)明構(gòu)成，這些請(qǐng)求和說(shuō)明在對(duì)應(yīng)OSI層間進(jìn)行交換。每一層數(shù)據(jù)的協(xié)議頭和協(xié)議尾都是兩個(gè)攜帶控制信息的基本框架。
對(duì)于從上層傳送至下層的數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)，要附加協(xié)議頭,同時(shí)要添加協(xié)議尾。然而，在來(lái)自上面層的數(shù)據(jù)上增加協(xié)議頭和協(xié)議尾，對(duì)一個(gè)OSI層來(lái)說(shuō)并不是必需的。
每個(gè)協(xié)議層都有可能在數(shù)據(jù)上增加協(xié)議頭和協(xié)議尾，在傳送的時(shí)候每層數(shù)據(jù)由上層協(xié)議頭、尾和數(shù)據(jù)組成。協(xié)議頭包含了有關(guān)層對(duì)層通信信息。協(xié)議頭和協(xié)議尾以及數(shù)據(jù)只是相對(duì)概念，它們?nèi)Q于分析信息單元的協(xié)議層。例如，傳輸層協(xié)議頭包含了只有傳輸層可以看到的信息，傳輸層下面的其他層只將此協(xié)議頭作為部分?jǐn)?shù)據(jù)傳遞至下面的層此。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)層，一個(gè)信息單元由第三層的協(xié)議頭和數(shù)據(jù)組成。對(duì)于數(shù)據(jù)鏈路層，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)層（第三層協(xié)議頭和數(shù)據(jù)）向下傳遞的所有信息是作為數(shù)據(jù)處理的。換句話說(shuō)，在特定的OSI層，信息單元的數(shù)據(jù)部分可能包含來(lái)自于所有上層的協(xié)議頭和協(xié)議尾以及數(shù)據(jù)，即稱之為封裝。
例如，如果計(jì)算機(jī)A要將應(yīng)用程序中的某數(shù)據(jù)發(fā)送至計(jì)算機(jī)B，計(jì)算機(jī)A要將數(shù)據(jù)發(fā)送至其應(yīng)用層。計(jì)算機(jī)A的應(yīng)用層傳送任何計(jì)算機(jī)B的應(yīng)用層所必需的控制信息，都是通過(guò)預(yù)先在數(shù)據(jù)上添加協(xié)議頭。最終的消息單元，其中包含協(xié)議頭、數(shù)據(jù)，可能有協(xié)議尾，發(fā)送至表示層，表示層再添加包含為計(jì)算機(jī)B的表示層而理解控制信息的協(xié)議頭。消息單元的大小隨著每一層協(xié)議頭和協(xié)議尾的添加而增加，這些協(xié)議頭和協(xié)議尾包含了計(jì)算機(jī)B的對(duì)應(yīng)層要使用的控制信息。在物理層，整個(gè)的信息單元通過(guò)網(wǎng)絡(luò)媒介傳輸。
計(jì)算機(jī)B中的物理層接收信息單元并將其傳送至數(shù)據(jù)鏈路層。然后B中的數(shù)據(jù)鏈路層讀取控制信息，其中包含計(jì)算機(jī)A的數(shù)據(jù)鏈路層預(yù)先添加的協(xié)議頭。其次協(xié)議頭和協(xié)議尾被除去，信息單元的剩余部分被傳送至網(wǎng)絡(luò)層。每一層執(zhí)行相同的動(dòng)作。協(xié)議層從對(duì)應(yīng)層讀取協(xié)議頭和協(xié)議尾，并除去，再將剩余信息發(fā)送至高一層。應(yīng)用層執(zhí)行完后，數(shù)據(jù)就被傳送至計(jì)算機(jī)B中的應(yīng)用程序接收端，最后收到的正是計(jì)算機(jī)A的應(yīng)用程序所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。
一個(gè)OSI層與另一層之間的通信是利用第二層提供的服務(wù)完成的。相鄰層提供的服務(wù)幫助特定的OSI層與另一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)層進(jìn)行通信。OSI模型的特定層通常是與三個(gè)其他的OSI層進(jìn)行通信：與之直接相鄰的上一層和下一層，還有目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)體系的對(duì)應(yīng)層。例如，計(jì)算機(jī)A的數(shù)據(jù)鏈路層應(yīng)與其網(wǎng)絡(luò)層，物理層以及計(jì)算機(jī)B的數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行通信。下面的圖表可以解釋這個(gè)例子。
三、第四層到第七層的高層交換技術(shù)及其應(yīng)用
Internet的特點(diǎn)就是不斷變化發(fā)展，目前網(wǎng)絡(luò)上的信息量和業(yè)務(wù)量都呈現(xiàn)爆炸性的增長(zhǎng)趨勢(shì)。不斷增長(zhǎng)的負(fù)荷和新需求的出現(xiàn)，使得用單臺(tái)服務(wù)器處理應(yīng)用服務(wù)的結(jié)構(gòu)已成為過(guò)去，取而代之的是以單一虛擬IP地址(VIP)來(lái)代表整個(gè)服務(wù)器集群，由集群中的多臺(tái)服務(wù)器來(lái)分?jǐn)偺幚碓L問(wèn)流量。集群的組成部分也在發(fā)生變化，過(guò)去一臺(tái)Web服務(wù)器必須處理大部分的靜態(tài)內(nèi)容，現(xiàn)在可以由應(yīng)用服務(wù)、高性能數(shù)據(jù)庫(kù)和多媒體服務(wù)器等協(xié)同服務(wù)器集群來(lái)支持復(fù)雜的Web應(yīng)用。
這些不斷增長(zhǎng)的服務(wù)集群和服務(wù)需求要求更高效率和更高服務(wù)質(zhì)量的數(shù)據(jù)交換技術(shù)。數(shù)據(jù)交換技術(shù)已經(jīng)歷了過(guò)去的那種單純的電路交換逐漸發(fā)展到二層、三層甚至更高層的交換結(jié)構(gòu)的結(jié)合。交換的內(nèi)部機(jī)制也從存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、直接連通過(guò)渡到路由交換、三層交換以及最新提出四層及更高層的交換。這些先進(jìn)的交換技術(shù)在解決局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的帶寬及容量問(wèn)題上發(fā)揮了很好的作用。
1、傳統(tǒng)的二、三層交換
傳統(tǒng)的第二層交換技術(shù)是在最初的總線集線器和網(wǎng)橋的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的，一般用于局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換上，是作為對(duì)共享式局域網(wǎng)提供有效的數(shù)據(jù)交換的解決方案而出現(xiàn)的，它可以使每個(gè)用戶盡可能地分享到最大帶寬。
第二層交換技術(shù)是在OSI七層網(wǎng)絡(luò)模型中的第二層，即在數(shù)據(jù)鏈路層上進(jìn)行操作的。它對(duì)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)是建立在MAC（物理端口）地址的基礎(chǔ)之上的，對(duì)于上層協(xié)議來(lái)說(shuō)，它是透明的。交換機(jī)在轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包時(shí)無(wú)須知道數(shù)據(jù)包的IP地址，只需其物理地址即MAC地址。交換機(jī)在操作過(guò)程中不斷地維護(hù)著一個(gè)簡(jiǎn)單的地址表，它說(shuō)明了MAC地址和端口的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所以當(dāng)交換機(jī)收到一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)對(duì)比數(shù)據(jù)包的MAC地址就可以知道是哪個(gè)端口的數(shù)據(jù)包。整個(gè)過(guò)程全部是在硬件控制下實(shí)現(xiàn)的，因此速度相當(dāng)快，大大地加速了數(shù)據(jù)包的傳輸。
第二層交換非常有利于建立LAN內(nèi)部或者VLAN之間的數(shù)據(jù)交換，可以大大提高數(shù)據(jù)在LAN中的通信速度。但是第二層交換只是一種簡(jiǎn)單的基于MAC層的數(shù)據(jù)交換，所以對(duì)于不同的IP子網(wǎng)之間的數(shù)據(jù)交換還是要經(jīng)過(guò)路由器先進(jìn)行路由。在有大量數(shù)據(jù)跨越子網(wǎng)的情況下，傳統(tǒng)的路由器又成為了網(wǎng)絡(luò)通信中的瓶頸，這個(gè)時(shí)候就引入了第三層交換的概念?！ ?/span>
第三層交換就是在OSI參考模型的第三層進(jìn)行操作。第三層交換技術(shù)也稱為IP交換技術(shù)、交換路由技術(shù)。這是一種利用第三層協(xié)議中的IP數(shù)據(jù)包頭信息來(lái)加強(qiáng)第二層交換功能的機(jī)制。網(wǎng)絡(luò)中的大量數(shù)據(jù)往往越過(guò)本地的網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)際間傳送，因而路由器常常不堪重負(fù)地成為瓶頸。在這種情況下要是在源地址和目的地址之間有一條更為直接的第二層通路，就沒(méi)有必要每次都經(jīng)過(guò)路由器的路由判斷來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。第三層交換使用第三層路由協(xié)議確定傳送路徑，此路徑可以只用一次，也可以存儲(chǔ)起來(lái)，供以后使用，之后數(shù)據(jù)包通過(guò)一條虛電路不需要經(jīng)過(guò)路由判斷而直接快速發(fā)送，最終目的是將數(shù)據(jù)通信時(shí)的路由次數(shù)降至最低。這樣的第三層交換式路由器比僅僅路由式的路由器性能上要提高非常多，一般稱之為路由交換機(jī)。
在第三層交換機(jī)連接的情況下，主機(jī)A跟主機(jī)B第一次通過(guò)交換機(jī)通信，中間的交換機(jī)便會(huì)把A和B的IP地址及它們的MAC地址記錄下來(lái)，當(dāng)其它主機(jī)如C要和A或B通信時(shí)，針對(duì)C所發(fā)出的尋址封包，第三層交換機(jī)送出一個(gè)回復(fù)告訴它A或B的MAC地址，以后C當(dāng)然就會(huì)用A或B的MAC地址“直接”和它通信，不需要理會(huì)A、B和C是否屬于不同的子網(wǎng)，這樣就不用每次進(jìn)行路由，避免每次路由操作這樣一個(gè)速度相對(duì)比較慢的過(guò)程。
將第二層交換和第三層交換結(jié)合在一起就成為一種通過(guò)第二層連接網(wǎng)絡(luò)鏈路在子網(wǎng)中指引業(yè)務(wù)流，通過(guò)第三層交換或路由器將包從一個(gè)子網(wǎng)傳到另一個(gè)子網(wǎng)。目前針對(duì)第二層、第三層結(jié)合的技術(shù)已提出了很多具體的實(shí)現(xiàn)方案，和以ATM為代表的鏈路層結(jié)合的MPLS、MPOA技術(shù)最為突出。
2、第四層交換技術(shù)
第二層與第三層交換產(chǎn)品在解決局域網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)的QoS問(wèn)題上發(fā)揮了很好的作用，但是對(duì)于當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)還是不夠的，還需要進(jìn)一步地提高QoS性能，這就需要在更高層上引入交換的概念。
我們知道OSI協(xié)議參考模型定義了7層結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)層以上也就是第四層即傳輸層，傳輸層主要負(fù)責(zé)端對(duì)端的通信。傳輸層有很多的協(xié)議，常用的有TCP、UDP協(xié)議，這些協(xié)議承載了許多不同的業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)通常是由一些諸如HTTP、FTP、NFS、Telnet等協(xié)議表示，這些協(xié)議的類型由TCP或UDP端口地址來(lái)決定，就如同第二層的傳輸是依靠MAC地址來(lái)尋址，第三層的傳輸是依靠IP地址來(lái)尋址，那么第四層的主要表示就是傳輸層的端口地址。通過(guò)端口地址可以區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)包是由哪個(gè)傳輸層協(xié)議傳送的。
分配端口號(hào)的清單可以在RFC1700中找到。TCP/UDP端口號(hào)提供的附加信息可以為網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)所利用，這是第四層交換的基礎(chǔ)。
第四層交換中數(shù)據(jù)包的傳輸不僅僅依據(jù)MAC地址(第二層交換)或源/目標(biāo)IP地址(第三層路由)，還依據(jù)TCP/UDP端口地址(第四層地址)，也就是說(shuō)第四層交換除了考慮三層的邏輯地址外還要考慮對(duì)端口地址的處理。如同上面所描述的那樣，端口地址代表了不同的業(yè)務(wù)協(xié)議，所以第四層交換不僅僅進(jìn)行了物理上的交換，還包括了業(yè)務(wù)上的交換。所以說(shuō)第四層交換的交換域是由源端和終端IP地址、TCP和UDP端口共同決定。因此，第四層交換機(jī)是真正的“會(huì)話交換機(jī)”。
由于帶有業(yè)務(wù)信息，所以第四層交換機(jī)就帶有了業(yè)務(wù)智能，可以做出向何處轉(zhuǎn)發(fā)會(huì)話傳輸流的決定。對(duì)于Internet服務(wù)提供商或內(nèi)容提供商來(lái)說(shuō)，第四層交換的這個(gè)功能是尤其重要的。不斷增長(zhǎng)的負(fù)荷和需求的出現(xiàn)，使得用單臺(tái)服務(wù)器處理應(yīng)用服務(wù)的結(jié)構(gòu)已成為過(guò)去，一般網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)提供商采用多種不同系統(tǒng)來(lái)構(gòu)架一種應(yīng)用的大型企業(yè)數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)在很多服務(wù)器上進(jìn)行鏡像復(fù)制。第四層交換在這樣的情況下是大有可為的，可以將會(huì)話轉(zhuǎn)入性能最佳的目的機(jī)器上。
第四層交換尤其可以應(yīng)用在以單一虛擬IP地址(VIP)來(lái)代表整個(gè)服務(wù)器集群的情況下。具有第四層功能的交換機(jī)能夠起到與服務(wù)器相連接的"虛擬IP"(VIP)前端的作用。每臺(tái)服務(wù)器和支持單一或通用應(yīng)用的服務(wù)器組都配置同樣的一個(gè)VIP地址。這個(gè)VIP地址作為對(duì)外提供統(tǒng)一服務(wù)的目的地。當(dāng)某用戶申請(qǐng)應(yīng)用時(shí)，用戶請(qǐng)求的數(shù)據(jù)包先通過(guò)第三層路由器發(fā)送到具有第四層交換功能的交換機(jī)，然后第四層交換機(jī)可以根據(jù)會(huì)話和應(yīng)用層信息做出轉(zhuǎn)發(fā)決定，將用戶的請(qǐng)求根據(jù)不同的規(guī)則轉(zhuǎn)發(fā)到"最佳"的服務(wù)器上。將"最佳"服務(wù)器地址中的IP取代VIP，并將連接請(qǐng)求傳給相應(yīng)服務(wù)器。因此，第四層交換技術(shù)是用于傳輸數(shù)據(jù)和實(shí)現(xiàn)多臺(tái)服務(wù)器間負(fù)載均衡的理想機(jī)制。
第四層交換技術(shù)通過(guò)硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)可以做成第四層交換機(jī)，它可以實(shí)現(xiàn)基于端到端的服務(wù)質(zhì)量要求對(duì)所有聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的負(fù)載進(jìn)行細(xì)致的均衡，以保證客戶機(jī)與服務(wù)器之間數(shù)據(jù)平滑地流動(dòng)。
第四層交換技術(shù)的關(guān)鍵問(wèn)題是如何確定傳輸流轉(zhuǎn)發(fā)給哪臺(tái)最可用的服務(wù)器，也就是策略選擇問(wèn)題。選擇策略可以根據(jù)不同的需要來(lái)制定，對(duì)高優(yōu)先權(quán)的業(yè)務(wù)應(yīng)首先保證它的QoS，將這種業(yè)務(wù)引向最大可利用的服務(wù)器中。而QoS要求小的就可以作為一般負(fù)載處理。目前應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)在學(xué)習(xí)中動(dòng)態(tài)的調(diào)整策略是一種非常好的實(shí)現(xiàn)方法。
3、應(yīng)用交換技術(shù)
在第四層交換大大地提高了網(wǎng)絡(luò)性能和QoS保證之后，在更高的層次上也引入了交換的概念，可以稱之為第七層交換技術(shù)，或者高層智能交換。
這時(shí)候的交換突破了一般意義上的交換的概念，開始進(jìn)入以進(jìn)程和內(nèi)容級(jí)別為主的交換范圍。高層由于和應(yīng)用相關(guān)，我們說(shuō)這時(shí)候的交換就有了智能性。交換機(jī)具有了區(qū)別各種高層的應(yīng)用和識(shí)別內(nèi)容的能力。這時(shí)的交換機(jī)不僅能根據(jù)數(shù)據(jù)包的IP地址或者端口地址來(lái)傳送數(shù)據(jù)，而且還能打開數(shù)據(jù)包，進(jìn)入數(shù)據(jù)包內(nèi)部并根據(jù)包中的信息做出負(fù)載均衡、內(nèi)容識(shí)別等判斷。
對(duì)于某一個(gè)端口來(lái)說(shuō)，我們?cè)诘谒膶咏粨Q時(shí)候可以對(duì)端口進(jìn)行分析來(lái)獲得較好的QoS，但是對(duì)于通過(guò)TCP/IP端口的傳輸流我們沒(méi)有辦法識(shí)別，只能對(duì)所有屬于這個(gè)端口的傳輸流統(tǒng)一對(duì)待，而服務(wù)提供商或許需要其中的某些傳輸流具有高的QoS優(yōu)先處理權(quán)或者將某些流引向性能高的處理機(jī)中。而第七層的智能交換能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的控制，即對(duì)所有傳輸流和內(nèi)容的控制。這種交換機(jī)可以打開傳輸流的應(yīng)用／表示層，分析其中的內(nèi)容，因此可以根據(jù)應(yīng)用的類型而非僅僅根據(jù)IP和端口號(hào)做出更智能的流向決策。其中的一個(gè)典型例子就是根據(jù)URL的具體內(nèi)容的識(shí)別交換。
第七層交換技術(shù)可以定義為數(shù)據(jù)包的傳送不僅僅依據(jù)MAC地址(第二層交換)或源/目標(biāo)IP地址(第三層路由)以及依據(jù)TCP/UDP端口(第四層地址)，而是可以根據(jù)內(nèi)容(表示/應(yīng)用層)進(jìn)行。這樣的處理更具有智能性，交換的不僅僅是端口，還包括了內(nèi)容，因此，第七層交換機(jī)是真正的"應(yīng)用交換機(jī)"。
這類具有第七層認(rèn)知的交換機(jī)可以應(yīng)用在很多方面，比如保證不同類型的傳輸流被賦予不同的優(yōu)先級(jí)。它可以對(duì)傳輸流進(jìn)行過(guò)濾并分配優(yōu)先級(jí)，使你不必依賴于業(yè)務(wù)或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備來(lái)達(dá)到這些目的，譬如，網(wǎng)絡(luò)電子商務(wù)提供商使用80端口提供用戶服務(wù)，但是對(duì)于不同的Web請(qǐng)求他們希望不同對(duì)待，比如瀏覽一般商品的Web請(qǐng)求的級(jí)別比用戶發(fā)出的定購(gòu)Web請(qǐng)求要低一些，而且處理起來(lái)也不一樣。這樣需要識(shí)別80端口中的具體的URL內(nèi)容來(lái)進(jìn)行判斷，賦予不同的優(yōu)先權(quán)交換到不同的處理器上去。更進(jìn)一步,可能需要對(duì)不同級(jí)別的用戶的Web請(qǐng)求給予不同QoS優(yōu)先權(quán)，這樣就需要對(duì)數(shù)據(jù)請(qǐng)求的內(nèi)容進(jìn)行識(shí)別，這時(shí)候?qū)粨Q的智能要求就非常高了。
目前關(guān)于第七層交換功能還沒(méi)有具體的標(biāo)準(zhǔn)。第七層交換功能和目前很多類似的技術(shù)具有很大的互補(bǔ)性，它可以和其他的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和諧地共存。但是第七層交換和類似的解決方案之間最大的優(yōu)勢(shì)，也就是交換技術(shù)具有的最大優(yōu)勢(shì)，就是高速而且不影響智能處理。采用第七層交換技術(shù)可以以交換的線速度做出更智能性的傳輸流內(nèi)容的決策。用戶將自由地根據(jù)得到的信息就各類傳輸流和其目的地做出決策，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，為最終用戶提供更好的服務(wù)。
4、高層交換技術(shù)與Web交換機(jī)
高層交換技術(shù)的一個(gè)典型應(yīng)用就是Web交換機(jī)。目前Internet網(wǎng)上提供應(yīng)用的主要方式就是網(wǎng)站，在網(wǎng)站上的信息量和訪問(wèn)量急劇增長(zhǎng)的前提下，怎樣為用戶提供更多的服務(wù)，使每個(gè)用戶都可以得到QoS保證是一個(gè)越來(lái)越重要的問(wèn)題。網(wǎng)站的運(yùn)營(yíng)商們正在嘗試通過(guò)架構(gòu)新的體系結(jié)構(gòu)以適應(yīng)其業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)。
怎樣將數(shù)據(jù)中心的各種設(shè)備，包括各種互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器、防火墻、高速緩沖服務(wù)器、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)和網(wǎng)關(guān)等組織起來(lái)提供對(duì)外界面一致和QoS保證的服務(wù)，同時(shí)提供管理、路由和負(fù)載均衡傳輸成為一個(gè)焦點(diǎn)問(wèn)題。所以必須提供一種處于網(wǎng)絡(luò)中心地位的交換機(jī)，來(lái)組織數(shù)據(jù)中心，我們稱之為Web交換機(jī)，Web交換機(jī)的基本功能是：
·組織數(shù)據(jù)中心；
·提供對(duì)外一致的服務(wù)界面；
·管理數(shù)據(jù)的流向、路由；
·負(fù)載均衡；
·提供QoS和CoS(服務(wù)等級(jí))；
·請(qǐng)求會(huì)話定向。
可以看出所需要的Web交換技術(shù)僅僅用傳統(tǒng)的交換機(jī)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，必須結(jié)合高層交換機(jī)的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了實(shí)現(xiàn)上述的功能Web交換機(jī)必須檢查4~7層的協(xié)議字段，獲取信息來(lái)處理數(shù)據(jù)流的管理和定向。
Web交換機(jī)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，目前Web交換機(jī)也只是采用了三層以上的高層交換技術(shù)的部分功能。主要的Web交換機(jī)設(shè)計(jì)方案有三種：集中式CPU模式、分布式處理系統(tǒng)和二級(jí)混合模式。每種設(shè)計(jì)方案是采用不同的方法把交換、控制和狀態(tài)共享組合，因此各有優(yōu)缺點(diǎn)。
聯(lián)系客服
