¿Qué es un conmutador de Capa 2? ¿Qué es un conmutador de Capa 3? ¿Qué es un conmutador de Capa 4?

Una definición simple de conmutación de Capa 4 es: es una función que determina la transmisión basándose no solo en la dirección MAC (puente de Capa 2) o la dirección IP de origen/destino (enrutamiento de Capa 3), sino también en TCP. Número de puerto de la aplicación /UDP (Capa 4). La función de conmutación de cuarta capa

es como una IP virtual que apunta al servidor físico. Los servicios que transmite obedecen a una variedad de protocolos, incluidos HTTP, FTP, NFS, Telnet u otros protocolos. Estos servicios requieren complejos algoritmos de equilibrio de carga basados ​​en servidores físicos. En el mundo IP, el tipo de servicio está determinado por la dirección del puerto TCP o UDP del terminal. En la conmutación de cuarta capa, el rango de aplicación está determinado por las direcciones IP de origen y del terminal, los puertos TCP y UDP se determinan simultáneamente.

En la conmutación de Capa 4, se configura una dirección IP virtual (VIP) para cada grupo de servidores utilizado para la búsqueda. Cada grupo de servidores admite

una determinada aplicación. Cada dirección de servidor de aplicaciones almacenada en el servidor de nombres de dominio (DNS) es una dirección VIP, no la dirección real del servidor.

Cuando un usuario solicita una aplicación, se envía una solicitud de conexión VIP (como un paquete TCP SYN) con un grupo de servidores de destino al conmutador del servidor. El conmutador de servidor selecciona el mejor servidor del grupo, reemplaza el VIP en la dirección del terminal con la IP del servidor real y pasa la solicitud de conexión al servidor. De esta manera, todos los paquetes en el mismo intervalo son mapeados por el conmutador del servidor y transmitidos entre el usuario y el mismo servidor.

El principio de conmutación de capa 4

La cuarta capa del modelo OSI es la capa de transporte. La capa de transporte es responsable de la comunicación de un extremo a otro, es decir, de coordinar la comunicación entre las fuentes de la red y los sistemas de destino. En la pila de protocolos IP, esta es la capa de protocolo donde residen TCP (un protocolo de transporte) y UDP (Protocolo de datagramas de usuario).

En la capa 4, los encabezados TCP y UDP contienen números de puerto, que pueden distinguir de forma única cada paquete de datos

Qué protocolos de aplicación están incluidos (como HTTP, FTP, etc.). Los sistemas de punto final utilizan esta información para distinguir los datos del paquete, específicamente el número de puerto, lo que permite que un sistema informático receptor determine el tipo de paquete IP que ha recibido y lo entregue a la capa superior adecuada.

Software . La combinación de número de puerto y dirección IP del dispositivo a menudo se denomina "socket".

Los números de puerto entre 1 y 255 están reservados. Se denominan puertos "conocidos", es decir, en todas las implementaciones de la pila de protocolos TCP/I

P del host, estos son los puertos. Los números son los mismos. Además de los puertos "conocidos", a los servicios UNIX estándar se les asignan números de puerto en el rango de 256 a

1024, y a las aplicaciones personalizadas generalmente se les asignan números de puerto superiores a 1024.

A La lista reciente de números de puerto asignados está disponible. Se encuentra en RFc1700 "Números asignados". Puerto TCP/UDP

Los conmutadores de red pueden utilizar la información adicional proporcionada por el número de puerto, que es la base de la conmutación de Capa 4.

Ejemplos de números de puerto "conocidos":

Número de puerto del protocolo de aplicación

FTP 20 (datos)

21 (control )

p>

TELNET 23

SMTP 25

HTTP 80

NNTP 119

NNMP 16

162 (trampas SNMP)

La información adicional proporcionada por el número de puerto TCP/UDP puede ser utilizada por los conmutadores de red, que es la base de la conmutación de Capa 4.

Los conmutadores con capacidades de Capa 4 pueden actuar como una interfaz de "IP virtual" (VIP) para los servidores.

Cada servidor y grupo de servidores que admiten una aplicación única o universal está configurado con una dirección VIP. Esta dirección VIP se envía

y se registra en el sistema de nombres de dominio.

Al emitir una solicitud de servicio, el conmutador de Capa 4 identifica el comienzo de una sesión determinando el comienzo de TCP.

Luego utiliza algoritmos complejos para determinar el mejor servidor para manejar la solicitud. Una vez que se toma esta determinación, el conmutador asocia la sesión con una dirección IP específica y reemplaza la dirección VIP en el servidor con la dirección IP real del servidor.

Cada switch de Capa 4 mantiene una tabla de conexiones asociada con la dirección IP de origen y el puerto TCP de origen

que coinciden con el servidor seleccionado. Luego, el conmutador de capa 4 reenvía la solicitud de conexión a este servidor. Todos los paquetes posteriores se reasignan y reenvían entre el cliente y el servidor hasta que el conmutador descubre la sesión.

Con la conmutación de Capa 4, el acceso se puede conectar a servidores reales para satisfacer reglas definidas por el usuario

como tener puntos de acceso iguales en cada servidor o distribución de flujos de transmisión. en función de la capacidad de los diferentes servidores.

Cómo elegir la conmutación de Capa 4 adecuada

a, velocidad

Para que sea eficaz en redes empresariales, la conmutación de Capa 4 debe proporcionar el mismo rendimiento comparable al enrutadores de velocidad de cable. Es decir, la conmutación de Capa 4 debe funcionar a la velocidad máxima de los medios en todos los puertos, incluso en múltiples conexiones Gigabit Ethernet. La velocidad de Gigabit Ethernet equivale a enrutar a una velocidad máxima de 1.488.000 paquetes por segundo (suponiendo el peor de los casos, es decir, todos los paquetes tienen el tamaño mínimo definido por la red, que es de 64 bytes).

b, Algoritmo de equilibrio de capacidad del servidor

Según el tamaño del intervalo de equilibrio de capacidad deseado, existen muchos algoritmos para que los conmutadores de capa 4 asignen aplicaciones a los servidores.

Existe una detección simple de la conexión más cercana en el bucle, detección de latencia del bucle o detección de retroalimentación de bucle cerrado desde el propio servidor. De todos los pronósticos, la retroalimentación de circuito cerrado proporciona la medición más precisa del tráfico actual del servidor.

c, Capacidad de la tabla

Cabe señalar que los conmutadores que realizan conmutación de Capa 4 deben tener la capacidad de distinguir y almacenar una gran cantidad de entradas de la tabla de envío. Switches

Esto es especialmente cierto cuando están en el centro de una red empresarial. Muchos conmutadores de Capa 2/3 prefieren un tamaño de tabla de enrutamiento que sea proporcional a la cantidad de dispositivos de red. Para conmutadores de Capa 4, este número debe multiplicarse por el número de sesiones y protocolos de aplicación diferentes utilizados en la red. Por lo tanto, el tamaño de la tabla de entrega crece rápidamente con la cantidad de dispositivos terminales y tipos de aplicaciones. Los diseñadores de conmutadores de capa 4 deben considerar este crecimiento en las tablas al diseñar sus productos. La gran capacidad de la tabla es fundamental para construir conmutadores de alto rendimiento que admitan el enrutamiento a velocidad de cable del tráfico de Capa 4.

d, Redundancia

Capa 4 Hay funciones dentro del conmutador que admiten redundancia. topologías. Cuando se tiene una conexión tolerante a fallas de tarjeta de red de doble enlace, es posible crear un sistema completamente redundante desde un servidor hasta las tarjetas de red, enlaces y conmutadores de servidor.