Многослойный переключатель - Multilayer switch

Многослойная переключатель (MLS) представляет собой компьютер , сетевое устройство , который переключает на уровне OSI 2 , как обычный сетевой коммутатор и обеспечивает дополнительные функции на более высоких слоях OSI .

Технологии коммутации имеют решающее значение для проектирования сети , поскольку в большинстве случаев они позволяют отправлять трафик только туда, где это необходимо, с использованием быстрых аппаратных методов. Коммутация использует различные типы сетевых коммутаторов . Стандартный коммутатор известен как коммутатор уровня 2 и обычно встречается практически в любой локальной сети. Коммутаторы уровня 3 или 4 требуют передовых технологий (см. Управляемый коммутатор ), стоят дороже и поэтому обычно встречаются только в более крупных локальных сетях или в специальных сетевых средах.

Многослойный переключатель

Многоуровневая коммутация сочетает в себе технологии коммутации уровней 2, 3 и 4 и обеспечивает высокоскоростную масштабируемость с малой задержкой. Многоуровневая коммутация может перемещать трафик на проводной скорости, а также обеспечивать маршрутизацию уровня 3. Нет никакой разницы в производительности между пересылкой на разных уровнях, потому что маршрутизация и коммутация основаны на аппаратном обеспечении - решения о маршрутизации принимаются специализированными ASIC с помощью памяти с адресацией по содержимому .

Многоуровневая коммутация может принимать решения о маршрутизации и коммутации на основе следующих

MLS аппаратно реализуют QoS . Многоуровневый коммутатор может устанавливать приоритеты пакетов с помощью 6-битной кодовой точки дифференцированных услуг (DSCP). Эти 6 бит изначально использовались для типа службы . Следующие 4 сопоставления обычно доступны в MLS:

  • От уровня OSI 2, 3 или 4 до IP DSCP (для IP-пакетов) или IEEE 802.1p
  • От IEEE 802.1p к IP DSCP
  • От IP DSCP к IEEE 802.1p
  • Из VLAN IEEE 802.1p в выходную очередь порта.

MLS также могут маршрутизировать IP-трафик между VLAN, как обычный маршрутизатор . Маршрутизация обычно осуществляется так же быстро, как и переключение (со скоростью провода ).

Коммутация уровня 2

Коммутация уровня 2 использует MAC-адрес сетевых интерфейсных карт (NIC) хоста, чтобы решить, куда пересылать кадры. Коммутация уровня 2 является аппаратной, что означает, что коммутаторы используют специализированные интегральные схемы (ASIC) для создания и поддержки информационной базы пересылки, а также для выполнения пересылки пакетов на проводной скорости. Коммутатор уровня 2 можно рассматривать как многопортовый мост .

Коммутация уровня 2 очень эффективна, поскольку не требует модификации кадра. Инкапсуляция пакета изменяется только тогда, когда пакет данных проходит через разную среду (например, от Ethernet к FDDI). Коммутация уровня 2 используется для подключения рабочих групп и сегментации сети (разделения доменов конфликтов ). Это позволяет создать более плоскую сеть с большим количеством сетевых сегментов, чем в традиционных сетях, соединенных концентраторами повторителей и маршрутизаторами.

Коммутаторы уровня 2 имеют те же ограничения, что и мосты. Мосты разделяют домены коллизий, но сеть остается одним большим широковещательным доменом, что может вызвать проблемы с производительностью и ограничить размер сети. Широковещательная и многоадресная рассылка, а также медленная сходимость связующего дерева могут вызывать серьезные проблемы по мере роста сети. Из-за этих проблем коммутаторы уровня 2 не могут полностью заменить маршрутизаторы. Мосты хороши, если сеть построена по правилу 80/20 : пользователи проводят 80 процентов своего времени в своем локальном сегменте.

Коммутация уровня 3

Коммутатор уровня 3 может выполнять некоторые или все функции, обычно выполняемые маршрутизатором. Однако большинство сетевых коммутаторов ограничены поддержкой одного типа физической сети, обычно Ethernet, тогда как маршрутизатор может поддерживать разные типы физических сетей на разных портах.

Коммутация уровня 3 основана исключительно на IP-адресе (получателя), хранящемся в заголовке IP-дейтаграммы (коммутация уровня 4 может использовать другую информацию в заголовке). Разница между коммутатором уровня 3 и маршрутизатором заключается в том, как устройство принимает решение о маршрутизации. Традиционно маршрутизаторы используют микропроцессоры для программного принятия решений о пересылке, в то время как коммутатор выполняет только аппаратную коммутацию пакетов (с помощью специализированных ASIC с помощью памяти с адресацией по содержимому ). Однако многие маршрутизаторы теперь имеют расширенные аппаратные функции, помогающие пересылать.

Основным преимуществом коммутаторов уровня 3 является возможность более низкой задержки в сети, поскольку пакет может маршрутизироваться без дополнительных сетевых переходов к маршрутизатору. Например, подключение двух отдельных сегментов (например, VLAN ) с маршрутизатором к стандартному коммутатору уровня 2 требует передачи кадра коммутатору (первый переход L2), затем маршрутизатору (второй переход L2), где пакет внутри кадра передается. маршрутизируется (переход L3), а затем передается обратно коммутатору (третий переход L2). Коммутатор уровня 3 выполняет ту же задачу без необходимости в маршрутизаторе (и, следовательно, в дополнительных переходах), принимая решение о маршрутизации самостоятельно, т. Е. Пакет направляется в другую подсеть и одновременно переключается на сетевой порт назначения.

Поскольку многие коммутаторы уровня 3 обладают той же функциональностью, что и традиционные маршрутизаторы, их можно использовать в качестве более дешевых замен с меньшими задержками в некоторых сетях. Коммутаторы уровня 3 могут выполнять следующие действия, которые также могут выполняться маршрутизаторами:

Преимущества коммутации уровня 3 включают следующее:

  • быстрая аппаратная пересылка пакетов с малой задержкой
  • более низкая стоимость порта по сравнению с обычными маршрутизаторами
  • учет потока
  • Качество обслуживания (QoS)

IEEE разработал иерархическую терминологию, которая полезна при описании процессов пересылки и коммутации. Сетевые устройства без возможности пересылки пакетов между подсетями называются конечными системами (ES, единичные ES), тогда как сетевые устройства с такими возможностями называются промежуточными системами (IS). IS далее подразделяются на те, которые взаимодействуют только в пределах своего домена маршрутизации (внутридоменные IS), и те, которые взаимодействуют как внутри, так и между доменами маршрутизации (междоменные IS). Домен маршрутизации обычно рассматривается как часть объединенной сети под общим административным полномочием и регулируется определенным набором административных указаний. Домены маршрутизации также называют автономными системами.

Общая возможность уровня 3 - это осведомленность о многоадресной IP-рассылке через отслеживание IGMP . Благодаря этому коммутатор уровня 3 может повысить эффективность, доставляя трафик группы многоадресной рассылки только на те порты, к которым подключенное устройство сигнализировало, что оно хочет прослушивать эту группу.

Коммутаторы уровня 3 обычно поддерживают IP-маршрутизацию между VLAN, настроенными на коммутаторе. Некоторые коммутаторы уровня 3 поддерживают протоколы маршрутизации, которые маршрутизаторы используют для обмена информацией о маршрутах между сетями.

Коммутация уровня 4

Коммутация уровня 4 означает аппаратную технологию коммутации уровня 3, которая также может учитывать тип сетевого трафика (например, различать UDP и TCP ). Коммутация уровня 4 обеспечивает дополнительную проверку дейтаграмм путем считывания номеров портов, содержащихся в заголовке транспортного уровня, для принятия решений о маршрутизации (т. Е. Порты, используемые HTTP , FTP и VoIP ). Эти номера портов находятся в RFC 1700 и относятся к протоколу, программе или приложению верхнего уровня.

Используя коммутацию уровня 4, сетевой администратор может настроить коммутатор уровня 4 для определения приоритетов трафика данных по приложениям. Информация уровня 4 также может использоваться для принятия решений о маршрутизации. Например, расширенные списки доступа могут фильтровать пакеты на основе номеров портов уровня 4. Другой пример - учетная информация, собранная по открытым стандартам с помощью sFlow .

Коммутатор уровня 4 может использовать информацию из протоколов транспортного уровня для принятия решений о пересылке. В основном это относится к возможности использовать номера портов источника и назначения в протоколах TCP и UDP, чтобы разрешать, блокировать и устанавливать приоритеты связи.

Коммутатор уровней 4–7, веб-переключатель или переключатель содержимого

Некоторые коммутаторы могут использовать информацию о пакетах вплоть до уровня OSI 7; их можно назвать переключателями уровней 4-7, переключатели контента , переключатели служб контента , веб-переключатели или переключатели приложений.

Переключатели содержимого обычно используются для балансировки нагрузки между группами серверов. Балансировка нагрузки может выполняться по HTTP , HTTPS , VPN или любому TCP / IP-трафику с использованием определенного порта. Балансировка нагрузки часто включает преобразование сетевых адресов назначения, поэтому клиент службы балансировки нагрузки не полностью знает, какой сервер обрабатывает его запросы. Некоторые коммутаторы уровня 4–7 могут выполнять преобразование сетевых адресов (NAT) на проводной скорости . Коммутаторы контента часто могут использоваться для выполнения стандартных операций, таких как шифрование и дешифрование SSL, чтобы снизить нагрузку на серверы, получающие трафик, или для централизации управления цифровыми сертификатами . Коммутация уровня 7 - это технология, используемая в сети доставки контента .

Некоторые приложения требуют, чтобы повторяющиеся запросы от клиента направлялись на один и тот же сервер приложений. Поскольку клиент, как правило, не знает, с каким сервером он разговаривал ранее, переключатели контента определяют понятие «липкости». Например, запросы с одного и того же исходного IP-адреса каждый раз направляются на один и тот же сервер приложений. Прикрепление также может быть основано на идентификаторах SSL , и некоторые переключатели контента могут использовать файлы cookie для обеспечения этой функции.

Балансировщик нагрузки уровня 4

Маршрутизатор работает на транспортном уровне и принимает решения о том, куда отправлять пакеты. Современные маршрутизаторы с балансировкой нагрузки могут использовать разные правила для принятия решений о том, куда направлять трафик. Это может быть основано на наименьшей нагрузке или самом быстром времени ответа , или просто на балансировке запросов к нескольким адресатам, предоставляющим одни и те же услуги. Это также метод резервирования , поэтому, если одна машина не работает, маршрутизатор не будет отправлять на нее трафик.

Маршрутизатор также может иметь возможность NAT с учетом портов и транзакций и выполняет форму преобразования портов для отправки входящих пакетов на одну или несколько машин, которые скрыты за одним IP-адресом.

Слой 7

Коммутаторы уровня 7 могут распределять нагрузку на основе унифицированных указателей ресурсов (URL-адресов) или с помощью какой-либо специальной техники для распознавания транзакций на уровне приложения. Коммутатор уровня 7 может включать в себя веб-кеш и участвовать в сети доставки контента (CDN).

Смотрите также

Рекомендации

внешняя ссылка