Коммутаторы 3-го уровня с классической маршрутизацией.
Коммутаторы третьего уровня.
В последние время наметилась тенденция сглаживания различий между коммутаторами и маршрутизаторами. Производители коммутаторов наделяют некоторые свои модели функциями маршрутизации, что позволяет использовать скорость коммутаторов и преимущества маршрутизаторов. Такие коммутаторы получили название коммутаторов третьего уровня. Функции коммутации и маршрутизации могут быть совмещены двумя способами:
1) Классическим, когда маршрутизация выполняется по каждому пакету, требующему передачи из сети в сеть, а коммутация выполняется для пакетов, принадлежащих одной сети.
2) Методом маршрутизации потока, когда маршрутизируется несколько первых пакетов устойчивого потока, а все остальные пакеты этого потока коммутируются.
Обычный коммутатор "прозрачен" для компьютеров сети, не имеет собственных MAC-адресов портов и захватывает все кадры, приходящие на порт, независимо от их адреса назначения, для последующей коммутации. Классический коммутатор 3-го уровня, подобно обычному коммутатору, захватывает все кадры своими портами независимо от их МАС-адресов, однако порты коммутатора 3-го уровня имеют и собственные MAC-адреса. Если захваченный кадр направлен на MAC-адрес какого-либо компьютера в сети, то пакет коммутируется. Если захваченный кадр направлен на MAC-адрес порта коммутатора, то пакет маршрутизируется. Коммутатор 3-го уровня может поддерживать динамические протоколы маршрутизации, такие как RIP или OSPF, а может полагаться на статическое задание маршрутов или на получение таблицы маршрутизации от другого маршрутизатора. Такие комбинированные устройства появились сразу после разработки коммутаторов, поддерживающих виртуальные локальные сети (VLAN). Для связи VLAN требовался маршрутизатор. Размещение маршрутизатора в одном корпусе с коммутатором позволяло получить некоторый выигрыш в производительности. Примерами таких коммутаторов могут служить хорошо известные коммутаторы LANplex (теперь CoreBuilder) 6000 и 2500 компании 3Com.
Еще один тип коммутаторов 3-го уровня — это коммутаторы, которые ускоряют процесс маршрутизации за счет выявления устойчивых потоков в сети и обработки по схеме маршрутизации только нескольких первых пакетов потока. Последующие пакеты обрабатываются по схеме коммутации. Многие фирмы разработали подобные схемы, однако до сих пор они являются нестандартными, хотя работа над стандартизацией этого подхода идет в рамках одной из рабочих групп IETF.
Поток – это последовательность пакетов, имеющих некоторые общие свойства. По меньшей мере у них должны совпадать адрес отправителя и адрес получателя, и тогда их можно отправлять по одному и тому же маршруту. Желательно, чтобы пакеты потока имели одно и то же требование к качеству обслуживания (QoS, Quality of Service), т.е. одинаковые требования к скорости передачи данных, задержках в передаче пакетов, доле потерь пакетов и т.п. Приведем пример использования потоков для ускорения маршрутизации.
Маршрутизация потока пакетов
Если бы все коммутаторы 3-го уровня, изображенные на рис. , работали по классической схеме, то каждый пакет, отправляемый из рабочей станции, принадлежащей одной IP-сети, серверу, принадлежащему другой IP-сети, проходил бы через блоки маршрутизации всех трех коммутаторов. В схеме ускоренной маршрутизации такую обработку проходит только несколько первых пакетов долговременного потока, то есть классическая схема работает до тех пор, пока долговременный поток не будет выявлен. После этого первый коммутатор на пути следования потока выполняет нестандартную обработку пакета — он помещает в кадр канального протокола (например Ethernet) не МАС-адрес порта следующего маршрутизатора, а МАС-адрес узла назначения, который на рисунке обозначен как МАСК. Как только эта замена произведена, кадр с таким МАС-адресом перестает поступать на блоки маршрутизации второго и третьего коммутатора, а проходит только через блоки коммутации этих устройств. Процесс передачи пакетов действительно ускоряется, так как они не проходят многократно повторяющиеся этапы маршрутизации. В то же время защитные свойства маршрутизаторы сохраняют, так как первые пакеты проверяются на допустимость передачи в сеть назначения, поэтому сохраняются фильтрация широковещательного шторма, защита от несанкционированного доступа и другие преимущества сети, разделенной на подсети.
Для реализации описанной схемы нужно решить несколько проблем. Первая – на основании каких признаков определяется долговременный поток. Это достаточно легкая проблема, и основные подходы к ее решению очевидны – совпадение адресов и портов соединения, общие признаки качества обслуживания, некоторый порог одинаковых пакетов для фиксации долговременности. Вторая проблема более серьезная. На основании какой информации первый коммутатор узнает МАС-адрес узла назначения? Этот узел непосредственно не подключен к сети первого коммутатора, поэтому использование протокола ARP здесь не поможет. Именно здесь расходятся пути большинства фирменных технологий ускоренной маршрутизации. Многие компании разработали собственные служебные протоколы, с помощью которых коммутаторы запрашивают этот МАС-адрес друг у друга, пока последний на пути коммутатор не выяснит его в своей сети, с помощью протокола ARP. Фирменные протоколы используют как распределенный подход, когда все коммутаторы равны в решении проблемы нахождения МАС-адреса, так и централизованный, когда в сети существует выделенный коммутатор, который помогает ее решить для всех.
Примерами коммутаторов 3-го уровня, работающими по схеме маршрутизации потоков, являются коммутаторы SmartSwitch компании Cabletron, а также коммутатор Catalyst 5000 компании Cisco, выполняющий свои функции совместно с маршрутизаторами Cisco 7500 по технологии Cisco NetFlow.
