交換機技術的發展非常迅猛，從第三層交換技術到第四層交換技術，經歷的時間很短，滿足了用戶更多的需求。最初聽到第三層這個詞時不免已有一些費解，接踵而來的第四層交換、第七層交換等概念更是讓人費思量。其實嚴格說來，交換意味著源與目的地址之間的連接，在第二層以上的任何技術都不能說是交換技術。

負載均衡一詞在很大程度上已經取代了第四層交換一詞，正像應用認知一詞在很大程度上取代了第七層交換一樣。但是，恐怕第三層交換一詞將永遠這樣稱呼下去了。當然，說法只是說法，關鍵是認識到這些技術在提高網絡性能上所帶來的益處，所以，本文仍沿用“第幾層交換”這種叫法。

第三層交換技術

第三層交換技術也稱為IP交換技術、高速技術等。這是一種利用第三層中的信息來加強第二層交換功能的機制。當今絕大部分的企業網都已變成實施TCP/IP的Web技術的內聯網，用戶的數據往往越過本地的網絡在網際間傳送，因而，器常常不堪重負。

一種辦法是安裝性能更強的超級路由器，然而，這樣做開銷太大，如果是建交換網，這種投資顯然是不合理的。第三層交換的目標是，只要在源地址和目的地址之間有一條更為直接的第二層通路，就沒有必要經過路由器轉發數據包。第三層交換使用第三層路由確定傳送路徑，此路徑可以只用一次，也可以起來，供以后使用。之后數據包通過一條虛電路繞過路由器快速發送。目前主要的第三層交換技術有：

IpsilonIP交換：IP交換技術由Ipsilon公司首倡，即識別數據包流，盡量在第二層進行交換，以繞過路由器，改善網絡性能。Ipsilon改進了ATM交換機，刪去了控制器中的軟件，加上一個IP交換控制器，與ATM交換機通信。該技術適用于機構內部的局域網和校園網。

標簽交換：給數據包貼上標簽，此標簽在交換節點讀出，判斷包傳送路徑。該技術適用于大型網絡和Internet。

3ComFastIP：側重數據策略管理、優先原則和服務質量。FastIP協議保證實時音頻或視頻數據流能得到所需的帶寬。Fast IP支持其它協議(如IPX)，可以運行在除ATM外的其它交換環境中。客戶機需要有設置優先等級的軟件。

IBMARIS(AggregateRoute－basedIP Switching)：與的標簽交換技術相似，包上附上標記，借以穿越交換網。ARIS一般用于ATM網，也可擴展到其它交換技術。邊界設備是進入ATM交換環境的入口，含有第三層路由映射到第二層虛電路的路由表。允許ATM網同一端兩臺以上的計算機通過一條虛電路發送數據，從而減少網絡流量。MPOA(MultiProtocolOverATM)：ATM論壇提出的一種規范。經源客戶機請求，路由執行路由計算后給出***傳輸路徑。然后，建立一條交換虛電路，即可越過子網邊界，不用再做路由選擇。

目前Cisco、3Com、北電網絡、朗訊、Cabletron、Foundry和Extreme等公司都有比較成熟的第三層交換產品和模塊推出。下面以3Com公司的技術為例，來說明第三層交換技術的演變。***代交換機是分立的電子元件和原語式的軟件框架的混合體。軟件的功能運行在一個有固定內存的處理機上，隨著管理支持和協議功能的改善，軟件的功能也不斷增加。當用戶的日常業務更加依賴于網絡，網絡上的流量增多時，便成了瓶頸。雖然處理機和器變得越來越快和有效，但仍然趕不上流量增加的水平。解決問題的***步是簡化網絡層：用交換機取代路由器，以減低處理數據包的開銷并顯著地提高事務處理速度。3Com引進了專用于優化第二層處理的專用集成電路(ASIC)，使性能提高了10倍，并降低了系統的整體費用。

靈活智能的路由引擎（FIRE）宣告了第三代交換技術的來臨。這一代并不僅是建立在第二代的進展上，而且為第三層路由、組播(Multicast)及用戶可選的策略(Policy)等方面提供了線速性能，第二層與第三層的性能不再是不一致的了。FIRE是3Com公司的第三代第三層交換機的核心部分，它是一個創新的集成化的網間互聯體系結構，提供了廣泛的第二層和第三層的功能，同時還可在多種網絡接口類型上提供線速性能。

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“***”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***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。

第四層交換技術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***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。