Transport pakietów w trybie Layer-3 Switching

Wraz ze wzrostem liczby komputerów instalowanych w sieciach LAN i pakietów generowanych przez każdą ze stacji coraz więcej przedsiębiorstw kieruje swoje zainteresowania ku nowym technologiom - takim jak Fast Ethernet czy Gigabit Ethernet - mając nadzieję, że zwiększą one wydatnie szybkość pracy systemu informatycznego. Istnieje słuszne przekonanie, że technologie te udostępnią aplikacjom biznesowym odpowiednie pasmo przenoszenia danych.

Wraz ze wzrostem liczby komputerów instalowanych w sieciach LAN i pakietów generowanych przez każdą ze stacji coraz więcej przedsiębiorstw kieruje swoje zainteresowania ku nowym technologiom - takim jak Fast Ethernet czy Gigabit Ethernet - mając nadzieję, że zwiększą one wydatnie szybkość pracy systemu informatycznego. Istnieje słuszne przekonanie, że technologie te udostępnią aplikacjom biznesowym odpowiednie pasmo przenoszenia danych.

Wdrażając nowe technologie sieciowe trzeba jednak pamiętać o jednej, bardzo ważnej kwestii. Chodzi mianowicie o to, że coraz więcej systemów informatycznych odchodzi od architektury klient/serwer na rzecz wewnętrznych sieci Internet, zwanych popularnie intrasieciami (intranetami). A ruch pakietów generowanych przez aplikacje uruchamiane w intrasieciach rozkłada się zupełnie inaczej niż ruch obserwowany w sieciach opartych na architekturze klient/serwer. I tak jak w systemach informatycznych architektury klient/serwer można z góry przewidzieć, w których obszarach sieci ruch pakietów będzie bardzo intensywny, a w których liczba pakietów nie przekroczy określonego poziomu, to w intrasieciach przewidywania takie biorą najczęściej w łeb.

I chociaż technologia Layer-3 Switching może rozwiązać wiele problemów występujących w intrasieciach, to wdrażając tę technologię można napotkać kilka trudności. Poszczególni producenci rozwiązań dla intrasieci implementują technologię Layer-3 Switching stosując firmowe rozwiązania. Prowadzi to do sytuacji, w których przełącznik Layer-3 firmy X nie może współpracować z przełącznikiem podobnej klasy oferowanym przez firmę Z. Panuje tu więc pewne zamieszanie. Różni producenci proponują różne architektury. Przyjrzyjmy się bliżej rozwiązaniom stosowanym przez firmę 3Com, która zdefiniowała cztery podstawowe architektury stosowane przy projektowaniu sieci LAN różnej wielkości - od małych przez średnie do tych największych.

ARCHITEKTURA PIERWSZA PRZEŁĄCZAMY WSZĘDZIE

W sieciach opartych na tej architekturze wszystkie pakiety są przetwarzane (a więc kierowane do konkretnych miejsc) z wykorzystaniem adresów warstwy MAC.

W sieciach Ethernet są to 48-bitowe adresy przypisane na stałe każdej z kart sieciowych (jest to rozwiązanie sprzętowe; w każdym sieci Ethernet producent instaluje układ scalony, zapisując w jego pamięci unikatowy adres MAC). Na całym świecie nie ma zatem (a przynajmniej nie powinno być) dwóch kart sieciowych Ethernet, którym przypisano taki sam numer MAC. Pakiety są więc zawsze przełączane, a nie trasowane. Routing pakietów jest tu pojęciem obcym. Wszystkie stacje pracują w obszarze pojedynczej podsieci.

Taką architekturę można stosować projektując niewielkie sieci LAN, co do których jesteśmy pewni, że nie będą w przyszłości rozbudowywane. W przeciwnym razie (to znaczy wtedy, gdy dołączymy do sieci tej architektury za dużo stacji) pasmo przenoszenia danych udostępniane poszczególnym komputerom spadnie do minimum.

ARCHITEKTURA DRUGA PRZEŁĄCZAMY, GDZIE TYLKO MOŻEMY, A TRASUJEMY WTEDY, GDY MUSIMY

Tę technologię transportu należy stosować wtedy, gdy 80 proc. pakietów ma charakter lokalny (to jest stacje nadające i odbierające znajdują się w tej samej podsieci), a tylko 20 proc. musi przekroczyć granicę podsieci.

Należy tu jednak od razu wspomnieć, że proporcję 80/20 bardzo trudno jest zachować w przypadku intrasieci, które zdobywają coraz większą popularność i są coraz częściej wykorzystywane przez przedsiębiorstwa do uruchamiania kluczowych aplikacji. Dochodzi wtedy nierzadko do sytuacji, gdy reguła 80/20 zamienia się w regułę 20/80 (20 proc. - ruch lokalny, 80 proc. obsługa intersie-ciowa). Prowadzi to do sytuacji, w których router jest nadmiernie obciążony i nie może sobie poradzić z natło-kiem pakietów wymienianych na linii podsieć-podsieć. Jak wiadomo, opierają się na pracy oprogramowania (które odpowiada za transport pakietów wymienianych między podsieciami).. Nie pracują one na tyle wydajnie, aby móc obsłużyć pakiety generowane przez sieci Fast Ethernet czy tym bardziej Gigabit Ethernet. Ich przepustowość jest w tych przypadkach stanowczo za mała.

ARCHITEKTURA TRZECIA TRASUJEMY RAZ, PRZEŁĄCZAMY WIELOKROTNIE

Technologia ta czasami jest nazywana umownie przełączaniem pakietów w trybie cut-through lub shortcut layer 3 Switching, co można przetłumaczyć jako „przełączanie na skróty".

Cała koncepcja sprowadza się do tego, że router trasuje tylko kilka pierwszych pakietów wymienianych między jedną a drugą podsiecią. Analizując zawartość tych pakietów router może wyznaczyć kolejnym pakietom -jeśli jest to tylko możliwe - krótszą ścieżkę transportu (nazywaną short cut), dzięki czemu mogą być one przełączane z dużo większą szybkością, omijając czasochłonny proces trasowania, co ma zawsze miejsce w klasycznym routingu. Właśnie na takiej technologii zostały oparte systemy transportu pakietów Fast IP, NetFlow, Secure Fast Networking i opracowany przez ATM Forum system MPOA (Multiprotocol over ATM), mający zastosowanie wyłącznie w sieciach szkieletowych ATM.

Opracowany przez 3Com system Fast IP opiera się 'na standardach Next Hop Protocol (opracowany przez IETF) i IEEE 802.1Q VLAN. Dlatego system Fast IP można wdrażać korzystając z usług większości dostępnych obecnie na rynku routerów i przełączników. Fast IP pozwala routerowi wyznaczać szybkie ścieżki transportu pakietów (short-cut), omijając procedurę trasowania.

ARCHITEKTURA CZWARTA TRASUJEMY WSZĘDZIE

Ten rodzaj technologii jest z kolei nazywany często jako packet-by-packet layer 3 Switching (przełączanie, a właściwie trasowanie, w trybie pakiet-za-pakietem, realizowane w trzeciej warstwie OSI). Technologia ta charakteryzuje się tym, że każdy bez wyjątku pakiet - mówimy tu o pakietach wymienianych między różnymi podsieciami -musi zostać przetworzony przez oprogramowanie trasujące. Nie ma tu mowy o jakimkolwiek ominięciu fazy routingu.

Tradycyjne routery nie dysponują dużą przepustowością, spełniając swoją rolę w miarę dobrze w tych środowiskach, w których pakiety nie są generowane ze zbyt dużą szybkością. Nie nadają się do instalowania w tych sieciach, które są oparte na technologiach Fast Ethernet i Gigabit Ethernet. Liczba pakietów generowanych w ciągu jednej sekundy przekracza możliwości takiego routera.

Jednak opracowane przez 3Com przełączniki trzeciej generacji, oparte na architekturze Layer 3 Switching (takie jak CoreBuilder 3500), obsługują pakiety z wyjątkowo dużą szybkością, pracując w trybie packet-by-packet forwar-ding. -Jest to możliwe dzięki zastosowaniu specjalizowanych układów ASIC (a więc rozwiązanie sprzętowe), przetwarzających pakiety nawet do dziesięciu razy szybciej niż tradycyjne routery korzystające z usług oprogramowania.

KTÓRE ROZWIĄZANIE JEST NAJLEPSZE?

Nie można jednoznacznie wskazać na jedno rozwiązanie i powiedzieć - ta architektura sieci LAN gwarantuje optymalne warunki pracy. Wszystko zależy od tego, jakiego rodzaju aplikacje będą uruchamiane w danym systemie informatycznym. Decydując się na jedną z zaprezentowanych powyżej technologii należy brać pod uwagę kilka podstawowych czynników, takich jak: pożądana szybkość pracy sieci LAN, rodzaj eksploatowanych aplikacji, wymagania stawiane przed systemem zarządzania siecią czy przewidywania odnośnie przyszłej rozbudowy sieci i jej docelowej wielkości. Należy dążyć do tego, aby zachować odpowiednie proporcje między dwoma parametrami - ceną sieci i jej wydajnością. Nie należy inwestować w technologię, której możliwości nie będą wykorzystywane. Znaczna część pasma przenoszenia danych takiej „przeinwestowanej" sieci może być po prostu nie wykorzystana. Z drugiej strony należy zadbać o to, aby sieć udostępniała aplikacjom taką przepustowość, jaka jest niezbędna do ich prawidłowej pracy. I tak np. można sobie wyobrazić hipotetyczną sieć składającą się z następujących elementów: tanie, pracujące bardzo wydajnie przełączniki, operujące w warstwie drugiej OSI (Layer 2 Switching); możliwość budowania sieci VLAN -jednym z ważnych zadań takich sieci będzie zawiadywanie pakietami rozgłoszeniowymi; przełączniki pracujące w trybie Layer 3 Switching - obsługa pakietów wymienianych między sieciami wirtualnymi i zwiększenie przepustowości centralnych węzłów sieci dzięki zastosowaniu technologii short-cut (trasuj pierwszy pakiet, a przełączaj następne). Należy się przy tym wystrzegać rozwiązań firmowych, które ograniczają pole manewru. Wybierając sprzęt oparty na uznanych standardach możemy zawsze przebudować czy rozbudować sieć, sięgając po produkty oferowane przez inne firmy.


TOP 200