Số lớp mô tả đối tượng xử lý, không phải phép so sánh tốc độ trực tiếp
Kết nối các thiết bị đầu cuối trong cùng một phân xưởng, kết nối hai mạng con IP và phân bổ kết nối mới đến các máy chủ khác nhau là ba nhiệm vụ khác nhau. Chuyển mạch Lớp 2 chủ yếu xét MAC và VLAN, định tuyến Lớp 3 chủ yếu xét IP đích và thông tin định tuyến, còn cân bằng tải Lớp 4 cũng sử dụng thông tin lớp vận chuyển cùng các cơ chế lựa chọn đường đi tương ứng. Trước tiên, bạn nên xác định nhiệm vụ cần thực hiện; không thể hiểu số lớp cao hơn là hình ảnh rõ hơn, mạng nhanh hơn hoặc chức năng bảo mật đầy đủ hơn.
Số lớp của mô hình OSI giúp mô tả cấp độ xử lý, nhưng tên sản phẩm có thể kết hợp nhiều chức năng. Bộ chuyển mạch Lớp 3 vẫn có thể thực hiện chuyển tiếp Lớp 2 và cũng có thể lọc lưu lượng theo cổng TCP hoặc UDP; điều này không chứng minh rằng thiết bị có chức năng cân bằng tải máy chủ. Cái gọi là chuyển mạch Lớp 4 thường chỉ một khả năng phân phối lưu lượng cụ thể, không nhất thiết là sản phẩm ở cấp thứ tư sau một lần nâng cấp đơn giản từ bộ chuyển mạch thông thường.
Lớp 2 học MAC từ cổng vào và tìm cổng ra
Sau khi nhận một khung Ethernet, bộ chuyển mạch thường học mối quan hệ giữa MAC nguồn và cổng vào, sau đó tra cứu MAC đích trong phạm vi VLAN tương ứng và chọn một cổng ra được phép. Đích đã biết được chuyển tiếp trực tiếp; lưu lượng đơn hướng có đích chưa biết và lưu lượng quảng bá được phát tràn theo các quy tắc áp dụng, và thường không được gửi ngược ra cổng vào ban đầu. Phát tràn không có nghĩa là tất cả VLAN đều nhận được dữ liệu; việc hết hạn mục trong bảng MAC, cơ chế lọc và trạng thái cổng cũng ảnh hưởng đến đường đi thực tế.
Hai thiết bị đầu cuối trong cùng một mạng con thường lấy địa chỉ lớp liên kết của nhau trước thông qua các cơ chế khám phá láng giềng áp dụng, chẳng hạn như ARP. Bộ chuyển mạch có thể có một IP quản lý để quản trị viên mở trang hoặc lấy số liệu thống kê, nhưng IP quản lý không đồng nghĩa với cổng liên mạng con của thiết bị đầu cuối. Bảng MAC cho biết thiết bị nằm trên cổng Lớp 2 nào; bảng này không thể thay thế bảng định tuyến, và không thể coi dung lượng bộ đệm và dung lượng bảng MAC là cùng một tài nguyên.
Lớp 3 chuyển giao lại gói tin theo đường đi IP
Khi đích không nằm trong mạng con cục bộ, thiết bị đầu cuối chuyển gói tin đến cổng tương ứng. Lúc này, đích IP vẫn là thiết bị đầu cuối đích, trong khi MAC đích của khung Ethernet này là MAC của cổng. Thiết bị định tuyến kiểm tra gói tin IP, chọn tuyến và chặng kế tiếp phù hợp, rồi tạo lại tiêu đề khung trên liên kết Ethernet tiếp theo. Định tuyến IPv4 thông thường cũng bao gồm việc giảm TTL và cập nhật tổng kiểm tra tiêu đề tương ứng, vì vậy không thể nói toàn bộ gói tin giữ nguyên.
Phần cứng có thể xử lý gói tin hiệu quả dựa trên thông tin chuyển tiếp đã thiết lập, nhưng bạn không nên hiểu rằng mọi kiến trúc đều định tuyến gói tin đầu tiên rồi chỉ xét MAC cho các gói tin tiếp theo. Các cách triển khai khác nhau sử dụng các mục bảng và đường xử lý khác nhau, và gói tin vẫn phải đáp ứng các điều kiện chuyển tiếp Lớp 3 và chính sách. Thông tin chuyển tiếp có thể đến từ mạng kết nối trực tiếp, cấu hình tĩnh hoặc các cơ chế định tuyến động được hỗ trợ; có khả năng Lớp 3 không có nghĩa là hỗ trợ tất cả giao thức định tuyến.
Lọc cổng Lớp 4 và cân bằng tải có mục đích khác nhau
Tiêu đề TCP và UDP chứa các trường cổng dùng để nhận diện các điểm cuối lớp vận chuyển. Thiết bị có thể đối sánh cổng và sử dụng kết quả để cho phép bằng ACL, phân loại lưu lượng hoặc lập lịch hàng đợi, nhưng các thao tác này chủ yếu cho phép, từ chối hoặc sắp xếp lưu lượng và không nhất thiết chọn máy chủ phía sau. Chỉ riêng số cổng cũng không thể chứng minh nội dung gói tin thuộc về một ứng dụng nhất định; dịch vụ thực tế có thể sử dụng các cổng khác nhau, và mã hóa cùng cơ chế đường hầm cũng có thể làm thay đổi thông tin có thể quan sát.
Mục tiêu của cân bằng tải Lớp 4 là phân phối kết nối hoặc lưu lượng đến các máy chủ phía sau theo quy tắc áp dụng. Chức năng này thường cần một điểm truy cập dịch vụ ảo, các thành viên máy chủ phía sau, chính sách lựa chọn và trạng thái kết nối hoặc lưu lượng tương ứng; việc có thực hiện kiểm tra tình trạng hay không, duy trì tính gắn kết như thế nào và sử dụng phương thức chuyển tiếp nào phụ thuộc vào cách triển khai. Không thể đánh đồng việc kiểm tra các trường Lớp 4, cung cấp NAT và có đầy đủ khả năng cân bằng tải.
Cách VIP và bảng kết nối che các máy chủ phía sau sau một điểm truy cập dịch vụ
Trong một cách triển khai phổ biến, máy khách truy cập địa chỉ dịch vụ ảo VIP, và thiết bị cân bằng tải chọn máy chủ A hoặc B theo chính sách rồi lưu mối quan hệ tương ứng cho kết nối đó. Các gói tin tiếp theo thuộc cùng kết nối được gửi đến máy chủ phía sau đã chọn theo trạng thái áp dụng, thay vì thay đổi máy chủ ngẫu nhiên cho từng gói tin. Trong hình, kết nối A đến A và kết nối B đến B là các ví dụ phục vụ giảng giải; chúng không có nghĩa là mọi thuật toán lập lịch đều phải phân phối luân phiên.
Một số chế độ ghi lại địa chỉ hoặc cổng đích, và phản hồi cũng cần quay về đường xử lý phù hợp theo chế độ đó; các chế độ khác sử dụng thiết kế chuyển tiếp khác. Không thể yêu cầu mọi cách triển khai đều có thao tác NAT hoàn toàn giống nhau. Bảng kết nối, duy trì phiên và kiểm tra tình trạng máy chủ phía sau là các nhiệm vụ có liên quan nhưng khác nhau; sau khi một máy chủ phía sau gặp lỗi, các kết nối mới có thể được chuyển sang máy chủ khác, nhưng điều này không bảo đảm rằng các kết nối hiện có và trạng thái ứng dụng được khôi phục mà không mất mát.
Chọn tài nguyên theo yêu cầu; không coi danh sách kiểm tra là cam kết hiệu năng
Lớp 2 yêu cầu kiểm tra cổng, VLAN, học MAC và các đường lên; Lớp 3 còn yêu cầu kiểm tra tài nguyên định tuyến và láng giềng, các chính sách cần thiết cùng phương thức chuyển tiếp áp dụng; cân bằng tải tập trung vào dịch vụ ảo, số kết nối đồng thời, khả năng thiết lập kết nối mới, quản lý máy chủ phía sau và kiểm tra tình trạng. Mỗi tài nguyên trả lời một câu hỏi khác nhau. Nhiều mục bảng hơn không trực tiếp có nghĩa là một dịch vụ đơn lẻ nhanh hơn; khi kiểm thử, bạn phải chỉ rõ hướng lưu lượng, độ dài khung, giao thức và các chức năng được bật.
Khi nhiều cổng vào gigabit dùng chung một cổng ra gigabit, tổng lưu lượng vẫn bị giới hạn bởi cổng ra dùng chung. Các gói tin cần xử lý bổ sung có thể đi vào đường xử lý bằng phần mềm, và kết luận về hiệu năng phải tương ứng với tổ hợp chức năng mục tiêu. Khi tính toán năng lực chuyển mạch, cũng cần chú ý cơ sở tính lưu lượng một chiều hoặc hai chiều của nhà cung cấp; không thể khẳng định mọi chính sách đều chạy ở tốc độ đường truyền chỉ bằng cách nhân số cổng với tốc độ. Khả năng đáp ứng dịch vụ thực tế còn chịu ảnh hưởng của thiết bị đầu cuối và ứng dụng.
Không thể suy rộng chức năng của sản phẩm công nghiệp Lớp 3 thành chức năng của sản phẩm Lớp 4
Trang bộ chuyển mạch có quản lý Lớp 3 của Feichang Technology, loại 10 gigabit, 4 cổng quang và 8 cổng đồng, liệt kê định tuyến IP, các cổng Lớp 3 và ACL, và có thể dùng làm đối tượng cụ thể để kiểm tra tập trung kết nối liên mạng con cùng các quy tắc truy cập. Các giao diện quang và điện của thiết bị phù hợp với các kết nối đường truyền tương ứng, và các chức năng quản lý hỗ trợ xác nhận đường đi và bảo trì. Trước khi sử dụng, bạn vẫn cần kiểm tra firmware, tài nguyên, cấu hình và điều kiện dịch vụ; không thể dựa vào từ “công nghiệp” để khẳng định mọi tác vụ đều có độ trễ xác định.
Trang nêu trên không có đủ phần giải thích tương ứng để chứng minh khả năng cân bằng tải máy chủ VIP đầy đủ, vì vậy bài viết này không giới thiệu thiết bị đó như một thiết bị cân bằng tải Lớp 4. Nếu dự án cần phân phối dịch vụ đến nhiều máy chủ phía sau, bạn nên chọn sản phẩm hoặc giải pháp phần mềm khác cung cấp rõ ràng chức năng tương ứng, đồng thời kiểm tra chế độ chuyển tiếp, trạng thái ứng dụng và phương thức bảo trì. Dự phòng định tuyến lớp mạng cũng không thể trực tiếp thay thế việc đồng bộ trạng thái dịch vụ ứng dụng.
Dựa vào đường truyền thông thực tế để hoàn tất lựa chọn và khắc phục sự cố
Khi một dây chuyền sản xuất nhỏ chỉ cần các kết nối trong cùng VLAN, trước tiên hãy xác nhận chuyển tiếp Lớp 2 là đủ; khi nhiều mạng con dịch vụ cần giao tiếp với nhau, hãy lập kế hoạch cho cổng, định tuyến và quyền truy cập; chỉ khi nhiều máy chủ cần xử lý cùng một điểm truy cập dịch vụ mới nên đánh giá thêm khả năng cân bằng tải. Các chức năng này có thể được triển khai tại những vị trí khác nhau trong cùng một mạng, và không bắt buộc một thiết bị phải đảm nhiệm tất cả vai trò. Trước tiên hãy vẽ rõ đường đi, sau đó so sánh các sản phẩm tương ứng.
Khi nghiệm thu, trước tiên hãy xác minh kết nối vật lý và giao tiếp trong cùng miền, sau đó kiểm tra địa chỉ liên miền, cổng và tuyến về, cuối cùng kiểm tra dịch vụ ảo, trạng thái kết nối và tình trạng máy chủ phía sau khi cần. Xác minh cả các dịch vụ hoạt động thành công lẫn các truy cập phải bị từ chối, cũng như những thay đổi được phép khi xảy ra sự cố. Lưu lại model, phiên bản và cấu hình; không coi việc truyền một tệp lớn hoạt động bình thường là bằng chứng rằng định tuyến, cách ly và khôi phục sau sự cố máy chủ đều đạt yêu cầu.
Ghi chú dữ liệu: Các sơ đồ nguyên lý đã được đối chiếu với nội dung kỹ thuật và được dùng để giải thích các cơ chế chung; đây không phải ảnh sản phẩm hay bản ghi đo thực tế. Giao diện, chế độ và khả năng cụ thể phụ thuộc vào model, phiên bản được chọn và kết quả xác minh tại hiện trường.
Tài liệu kiểm chứng:RFC1812: Yêu cầu đối với bộ định tuyến IPv4
RFC3022: Chuyển đổi địa chỉ và ánh xạ kết nối
F5: Các cơ chế cân bằng tải Lớp 4
Bộ chuyển mạch có quản lý Lớp 3 của Feichang Technology, loại 10 gigabit, 4 cổng quang và 8 cổng đồng
Các chủ đề kỹ thuật liên quan:Cách xây dựng mạng với bộ chuyển mạch công nghiệp Lớp 3: Cổng VLAN, chính sách truy cập và nghiệm thu dịch vụCách lựa chọn giữa bộ chuyển mạch lớp 2 và lớp 3: nguyên lý chuyển tiếp và giới hạn hiệu năng
Dịch từ bài viết kỹ thuật tiếng Trung. Nguồn được xuất bản lần đầu: 2019-11-27. Nguồn được sửa đổi lần cuối: 2026-10-13T11:37:04+08:00. Đọc nguồn tiếng Trung
