Trzecia warstwa bez tajemnic

Wybór przełączników do budowy sieci korporacyjnej, mimo stałego rozwoju technologii, wcale nie staje się łatwiejszy. Funkcje przełączników wykroczyły już poza przesyłanie pakietów wg informacji zapisanych w drugiej warstwie sieciowej. Coraz częściej urządzenia te oferują przełączanie w warstwie trzeciej i czwartej.

Wybór przełączników do budowy sieci korporacyjnej, mimo stałego rozwoju technologii, wcale nie staje się łatwiejszy. Funkcje przełączników wykroczyły już poza przesyłanie pakietów wg informacji zapisanych w drugiej warstwie sieciowej. Coraz częściej urządzenia te oferują przełączanie w warstwie trzeciej i czwartej.

Tradycyjne przełączniki działające w drugiej warstwie sieciowej były uważane za proste urządzenia, gdyż nie były w stanie wybierać np. optymalnej trasy przesłania pakietu, sposobu jego przesłania, gdy podstawowe łącze jest uszkodzone itd. W taką "inteligencję" wyposażono dopiero routery, które analizują informacje zapisane w trzeciej warstwie sieciowej każdego pakietu i są w stanie np. rozpoznać docelowy i źródłowy adres IP, podejmować decyzję dotyczącą szybszego przesłania niektórych pakietów, decydować, na podstawie zapisanego zestawu reguł, którego rodzaju transmisje są dozwolone (np. list dostępowych dla konkretnych numerów IP i portów TCP, UDP) itd. Wadą tych routerów była mała wydajność.

W miarę zwiększania szybkości pracy sieci lokalnych routery, instalowane wewnątrz sieci LAN w celu separacji segmentów sieciowych lub dostarczania innych "inteligentnych" usług, stały się wąskim gardłem komunikacyjnym. Rozwiązaniem, które miało umożliwić ominięcie problemu wydajności routerów, było opracowanie przełączników działających w trzeciej warstwie sieciowej - oferujących wysoką wydajność, a jednocześnie posiadających "inteligencję" równorzędną routerowi. Określa się je mianem przełączników routujących, routerów przełączających, wielowarstwowych przełączników itd. W celu uproszczenia wszystkie urządzenia nie będące przełącznikami drugiej warstwy będą określane w tym artykule jako przełączniki warstwy trzeciej.

Przełącznik ma przełączać

Różnica w szybkości pracy routerów i przełączników trzeciej warstwy wynika z zastosowania różnych architektur. W zwykłych routerach przesyłanie pakietów jest realizowane z wykorzystaniem modułów ze standardowymi układami mikroprocesorowymi RISC. Przełącznik trzeciej warstwy korzysta zaś ze specjalizowanych układów ASIC, które umożliwiają osiągniecie znacznie większej wydajności.

Bez względu jednak na zastosowaną technologię, przełączniki trzeciej warstwy mają do wykonania dokładnie tę samą pracę co routery. Moduły przełączania analizują przesyłane pakiety, weryfikują ich adres docelowy, konfrontują go z tablicą routingu i przesyłają pakiet do odpowiedniego interfejsu lub portu. Przełącznik modyfikuje również pakiety, podmieniając w ramce Ethernet źródłowy adres MAC na własny, zmniejszając parametr TTL w nagłówku IP oraz przeliczając jego sumę kontrolną. Taka technika przełączania pakietów niczym nie różni się od sposobu pracy routerów.

Często podstawowym parametrem, branym pod uwagę podczas wyboru przełączników trzeciej warstwy, jest szybkość przesyłania pakietów, czyli zagregowana przepustowość ich magistrali. Chociaż rzeczywiście to bardzo ważny parametr, to jednak znacznie istotniejszymi kryteriami są możliwości w zakresie routingu pakietów oraz obsługa zaawansowanych usług sieciowych - o ile oczywiście przełącznik ma zastąpić w niektórych zastosowa- niach routery.

A którędy chcesz iść?

Najważniejszą funkcją przełączników trzeciej warstwy jest umiejętność tworzenia tablic routingu, a także ich automatycznego aktualizowania w miarę zmian topologii sieci. Przetwarzanie protokołów routingu to funkcja programowa przełączników, realizowana niezależnie od przełączania pakietów (zazwyczaj przełączniki są wyposażone w oddzielne układy ASIC dla przełączania pakietów w drugiej warstwie i ich routingu w warstwie trzeciej).

Podstawowym protokołem routingu jest RIP (Routing Information Protocol) dostępny w dwóch wersjach. Ze względu jednak na jego ograniczenia, np. długi czas upływający pomiędzy rzeczywistą awarią a przekazaniem informacji o niej i aktualizacją tablic rotingu, opracowano kolejne protokoły, takie jak IGRP (Interior Gateway Routing Protocol), Enhanced IGRP oraz znacznie bardziej złożony OSPF (Open Shortest Path First). Innym protokołem, wykorzystywanym do inteligentnego obierania trasy transmisji w zależności od docelowego adresu pakietu, jest BGP.

Przełączniki trzeciej warstwy muszą również obsługiwać routing transmisji typu IP multicast, z których korzystają aplikacje multimedialne, przesyłające dane strumieniowe równocześnie do wielu stacji odbiorczych. Protokołami routingu transmisji multicast są PIM (Protocol Independent Multicast) - dostępny w dwóch wariantach, IGMP (Internet Group Management Protocol) oraz DVMRP. Pierwszy z nich jest m.in. podstawowym sposobem wymiany informacji pomiędzy routerami pracującymi w multimedialnej sieci MBONE.


TOP 200