很多時候，負載均衡已經替代了第四層交換的說法了。但是，其實這樣說并不嚴格。因為第四層交換產品不僅僅是包含負載均衡的技術，還有其他很強大的功能。那么現在我們就來說一說其中的關聯，主要是以四層交換機為例。

第四層交換

端到端性能和服務質量要求對所有聯網設備的負載進行細致的均衡,以保證客戶機與服務器之間數據平滑地流動｡ 第二層與第三層交換產品在解決局域網和互聯網絡的帶寬及容量問題上發揮了很好的作用,但是,這可能還不夠,還需要更多的性能,而這正是第四層交換的用武之地｡

第四層交換技術利用第三層和第四層包頭中的信息來識別應用數據流會話,這些信息包括TCP/User 數據報協議(UDP)端口號､標記應用會話開始與結束的“SYN/FIN"位以及IP源/目的地址｡利用這些信息,第四層交換機可以做出向何處轉發會話傳輸流的智能決定｡ 對于使用多種不同系統來支持一種應用的大型企業數據中心､Internet服務提供商或內容提供商來說,第四層交換的作用是尤其重要的｡同樣,當在很多服務器上進行復制功能時,第四層交換也會起到不小的作用｡

路由器和第三層交換機在轉發不同數據包時并不了解哪個包在前哪個包在后｡第四層交換技術從頭至尾跟蹤和維持各個會話｡因此,第四層交換機是真正的“會話交換機"｡

路由器根據鏈路或網絡節點的可用性和性能做出轉發決定,而第四層交換機則根據會話和應用層信息做出轉發決定｡由于做到了這點,因而用戶的請求可以根據不同的規則被轉發到“最佳"的服務器上｡因此,第四層交換技術是用于傳輸數據和實現多臺服務器間負載均衡的理想機制｡

具有第四層功能的交換機能夠起到與服務器相連接的“虛擬IP"(VIP)前端的作用｡每臺服務器和支持單一或通用應用的服務器組都配置一個VIP地址｡這個VIP地址被發送出去并在域名系統上注冊｡

在發出一個服務請求時,第四層交換機通過判定TCP開始,來識別一次會話的開始｡然后它利用復雜的算法來確定處理這個請求的最佳服務器｡一旦做出這種決定,交換機就將會話與一個具體的IP地址聯系在一起,并用該服務器真正的IP地址來代替服務器上的VIP地址｡

每臺第四層交換機都保存一個與被選擇的服務器相配的源IP地址以及源TCP 端口相關聯的連接表｡然后第四層交換機向這臺服務器轉發連接請求｡所有后續包在客戶機與服務器之間重新影射和轉發,直到交換機發現會話為止｡

在使用第四層交換的情況下,接入可以與真正的服務器連接在一起來滿足用戶制定的規則,諸如使每臺服務器上有相等數量的接入或根據不同服務器的容量來分配傳輸流｡

目前一般的單功能負載均衡產品可以每秒連接400到800個接入｡而同時具有第二層和第四層功能的新一代產品(使用定制的專用集成電路的基于硬件的負載均衡功能)的連接速度則超過了每秒10萬次接入｡

在所有這一切中的關鍵問題是如何確定傳輸流轉發給哪臺最可用的服務器,目前,在做出負載均衡決定時采用了多種方法｡根據所需負載均衡的顆粒度,第四層交換機可以利用多種方法將應用會話分配到服務器上｡這些方法包括求權數最小接入的簡單加權循環､測量往返時延和服務器自身的閉合環路反饋等等｡

閉合環路反饋是最先進的方法,它利用可用內存､I/O中斷和CPU利用率等特定的系統信息,這些信息可以為適配器驅動器和第四層交換機自動獲取｡目前的閉合環路反饋機制要求在每臺服務器上安裝軟件代理｡

第四層交換機在形式和功能上與專用負載均衡器完全不同｡傳統基于硬件的負載均衡器是速度為45Mbps的優化的兩端口設備｡

而第四層交換機是設計用于高速Intranet應用的,它支持100Mbps或千兆位接口｡

第四層交換除了負載均衡功能外還支持其它功能,如基于應用類型和用戶ID的傳輸流控制功能｡采用多級排隊技術,第四層交換機可以根據應用來標記傳輸流以及為傳輸流分配優先級｡此外,第四層交換機直接安放在服務器前端,它了解應用會話內容和用戶權限,因而使它成為了防止非授權訪問服務器的理想平臺｡#p#

第四層交換產品

用戶過去曾一擁而上采用第二層和第三層交換機,因為這類交換機提高了總體網絡吞吐量,使它遠遠超過了老技術的吞吐量,不知道第四層交換機是否也會看到這種現象｡

Berkeley Networks公司的exponeNT e4和Alteon Networks公司的ACEswith 180兩款第四層交換產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做出更智能的轉發決定｡由于把包頭查詢的代碼嵌入到交換機中的專用集成電路(ASIC)中去實現上述功能,幾乎不會造成任何延時｡這兩家廠商的交換機都能實現10M､100M和千兆以太網功能,但是Berkeley的交換機是設計用于企業應用的,而Alteon交換機則是用于擁有大量Web或FTP服務器的機構的｡

Alteon的第四層交換技術能通過對服務器的性能和運行狀況的實時監測,根據不同服務器的健康狀況,將來訪的數據流量以經濟高效的方式分配到合適的服務器上｡同時,Alteon的第四層交換技術具有Web高速緩存重定向功能,能把指定發往遠程Internet主機的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器上,從而大大加快了訪問Internet的速度,并節省了大量寶貴的廣域網帶寬｡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置｡

Cabletron 公司的SmartSwitch Router和Torrent Networking Technologies公司推出的IP9000 Gigabit Router 也是具有第四層交換功能的產品｡其中SmartSwitch Router可以實現骨干網從常規第三層交換向全面的第三､第四層交換功能的升級轉換,其獨特的廣域網集成能力以及基于第四層交換的訪問控制能力對于網絡數據傳輸安全､有序地進行發揮了關鍵作用｡此外,Cabletron SmartSwitch Router基于第四層交換的QoS功能為特定業務應用數據交換提供了不同級別的優先處理能力｡

第四層交換方案

在本方案中,通過采用Alteon的第四層交換機來實現Web Server的負載均衡｡

HTTP是Internet中最重要的一種應用,目前Internet上廣泛使用的Web Server,采用的是多進程技術,占用系統資源多,效率較低,一般一臺Web Server只能承受幾百個并發用戶｡采用第四層交換機可以很好地解決Web Server的擴展性問題,提高Web Server系統的可靠性,并在Web Server之間合理分配負載｡

Alteon的第四層交換機監測Web Server的可用性,包括物理連接､Web Server主機､HTTP Server本身的健康狀況,當發現某臺Web Server不能提供Web 服務時,交換機自動把Web 請求分配到好的兩臺Web Server｡Alteon第四層交換機還可以通過設置每臺Web Server能承受的最大會話數､設置溢出Web Server､備份Web Server等方法來進一步保證Web系統的可靠性｡

Web Server在同一局域網內實現負載均衡時采用多種負載均衡算法,包括Least Connection､Round Robin､MinMiss和Hash算法,以及對算法的加權等等｡

當Web Server不在同一局域網內時,利用Alteon交換機的Global Load Balance技術來實現負載分擔的合理性問題｡