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基于第四層交換技術(shù)的負(fù)載均衡

云知道


摘 要 本文介紹了第四層交換技術(shù)的概念，技術(shù)原理以及如何使用第四層交換技術(shù)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的應(yīng)用服務(wù)器負(fù)載均衡 。
要害詞 四層交換技術(shù) 負(fù)載均衡 數(shù)據(jù)交換
1 引言
當(dāng)今世界已經(jīng)步入信息時代，隨著社會的迅速發(fā)展以及人們對網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求的不斷提高，對網(wǎng)絡(luò)速度及帶寬的要求不斷上升 。正是在這樣的發(fā)展形勢下，許多高速交換的新技術(shù)不斷涌現(xiàn) 。第二層交換實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)內(nèi)主機(jī)間的快速信息交流，第三層交換可以說是交換技術(shù)與路由技術(shù)的完美結(jié)合，而下文要具體介紹的第四層交換技術(shù)則可以為網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用資源提供最優(yōu)分配，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)的負(fù)載均衡 。
2 第四層交換技術(shù)
2.1 簡述
第四層交換的一個簡單定義是：它是一種功能，它決定傳輸不僅僅依據(jù)MAC地址（第二層網(wǎng)橋）或源/目標(biāo)IP地址（第三層路由），而且依據(jù)TCP/UDP（第四層）應(yīng)用端口號 。第四層交換功能就像是虛擬IP，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)類型由終端TCP或UDP端口地址來決定，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供搜尋使用的服務(wù)器組設(shè)立虛擬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）中存儲的每個應(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)某用戶申請應(yīng)用時，一個帶有目標(biāo)服務(wù)器組的VIP連接請求（例如一個TCP SYN包）發(fā)給服務(wù)器交換機(jī) 。服務(wù)器交換機(jī)在組中選取最好的服務(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 。
2.2 技術(shù)原理
OSI模型的第四層是傳輸層 。傳輸層負(fù)責(zé)端對端通信，即在網(wǎng)絡(luò)源和目標(biāo)系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)通信 。在IP協(xié)議棧中這是TCP（傳輸控制協(xié)議）和UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）所在的協(xié)議層 。
在第四層中，TCP和UDP標(biāo)題包含端口號（port number），它們可以唯一區(qū)分每個數(shù)據(jù)包包含哪些應(yīng)用協(xié)議（例如HTTP、FTP等） 。端點(diǎn)系統(tǒng)利用這種信息來區(qū)分包中的數(shù)據(jù)，尤其是端口號使一個接收端計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠確定它所收到的IP包類型，并把它交給合適的高層軟件 。端口號和設(shè)備IP地址的組合通常稱作“插口（socket）” 。分配端口號的最近清單可以在RFC 1700“Assigned Numbers”上找到 。
TCP/UDP端口號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) 。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 。每臺服務(wù)器和支持單一或通用應(yīng)用的服務(wù)器組都配置一個VIP地址 。這個VIP地址被發(fā)送出去并在域名系統(tǒng)上注冊 。
在發(fā)出一個服務(wù)請求時，第四層交換機(jī)通過判定TCP開始，來識別一次會話的開始 。然后它利用復(fù)雜的算法來確定處理這個請求的最佳服務(wù)器 。一旦做出這種決定，交換機(jī)就將會話與一個具體的IP地址聯(lián)系在一起，并用該服務(wù)器真正的IP地址來代替服務(wù)器上的VIP地址 。
每臺第四層交換機(jī)都保存一個與被選擇的服務(wù)器相配的源IP地址以及源TCP 端口相關(guān)聯(lián)的連接表 。然后第四層交換機(jī)向這臺服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)連接請求 。所有后續(xù)包在客戶機(jī)與服務(wù)器之間重新影射和轉(zhuǎn)發(fā)，直到交換機(jī)發(fā)現(xiàn)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(wù)器連接在一起來滿足用戶制定的規(guī)則，諸如使每臺服務(wù)器上有相等數(shù)量的接入或根據(jù)不同服務(wù)器的容量來分配傳輸流 。

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