IP Switching

IP Switching to technologia trasowania pakietów IP (mamy tu do czynienia z wieloma technikami, ponieważ koncepcja jest jedna, ale rozwiązań firmowych wiele), zaprezentowana po raz pierwszy przez firmę Ipsilon. Inaczej niż klasyczne routery (gdzie węzeł sieci musi zawsze odczytać adres IP każdego pakietu, poddać go analizie i dopiero wtedy wyekspediować do właściwego portu) IP Switching oparto na wyrafinowanych rozwiązaniach sprzętowych (w tym na przełącznikach ATM) i specjalnym oprogramowaniu, dzięki czemu pakiety IP są przełączane (a nie trasowane) bardzo szybko.

W przypadku technologii IP Switching każdy producent stara się udowodnić, że zaproponowane przez niego rozwiązanie nosi cechy standardu otwartego. Nie jest to prawda. Każda technologia IP Switching to zawsze rozwiązanie firmowe, decydując się więc na sprzęt oparty na takiej technologii, należy się liczyć z tym, że chcąc nie chcąc skazujemy się na jednego producenta. Pierwszą technologią IP Switching, która zyska być może szersze wsparcie, jest MPOA (Multiprotocol over ATM). MPOA nie jest właściwie technologią IP Switching, lecz X Switching, gdyż może obsłużyć pliki generowane przez dowolny protokół komunikacyjny X, operujący w trzeciej warstwie OSI (IP, IPX itd.). MPOA jest wspierane przez potentatów, takich jak: Newbridge, Cisco i Bay Networks.

Największą popularnością cieszą się obecnie technologie IP Switching opracowane przez firmy: Cisco, 3Com i Ipsilon, chociaż na rynku można też spotkać inne firmowe rozwiązania, których autorami są Bay Networks (Switch Node & ATM - zastosowanie: grupy robocze, sieci korporacyjne), Cabletron (SecureFast - dla grup roboczych, sieci korporacyjnych) oraz Cascade (IP Navigator - dla sieci WAN/ISP).

Technologia Tag Switching

Sposoby zagnieżdżania znacznika Tag Switching w komórkach ATM i pakietach (IPv6 i PPP)

Cisco ma nadzieję, że zaproponowana przez nią technologia Tag Switching zostanie zaakceptowana (jako standardowe rozwiązanie) przez grupę Multiprotocol Label Switching (MPLS) wchodzącą w skład IETF. Cisco twierdzi, że Tag Switching może obsłużyć każdy protokół (w tym sieci ATM) i najlepiej nadaje się do stosowania w dużych sieciach komputerowych i telekomunikacyjnych, a więc powinna zainteresować firmy świadczące usługi dostępu do sieci Internet.

Zaletą technologii Tag Switching jest to, że upraszcza ona proces routingu pakietów. Znawcy twierdzą, że Tag Switching jest mieszanką technologii IP Switching opracowanych przez firmy Cascade i Ipsilon. Rozwiązanie proponowane przez Cisco sprawuje się najlepiej w sieciach ATM i Frame Relay, czyli w tych środowiskach, w których można budować połączenia wirtualne. Można je też z powodzeniem stosować w sieciach przesyłających pakiety, o ile tylko wspierają standardy VLAN, takie jak np. 802.1p i 802.1q.

Technologia Tag Switching dołącza specjalne znaczniki do wieloprotokołowych ramek, dzięki czemu mogą one być transportowane przez sieci oparte na komórkach lub pakietach. Podstawowymi elementami technologii Tag Switching są:

• Edge router (routery brzegowe). Są to urządzenia instalowane na obrzeżach sieci. Routery brzegowe operują w warstwie sieciowej i to właśnie one dodają do standardowych ramek specjalne znaczniki Tag Switching.
• Tag Switch (przełączniki Tag). Przełączają one pakiety (lub komórki) zgodnie z poleceniami umieszczonymi w znacznikach Tag Switching. Przełączniki te mogą obsługiwać pełny routing (realizowany w warstwie 3 modelu OSI) oraz przełączać pakiety (warstwa 2).
• Protokół dystrybucyjny TPD (Tag Distribution Protocol). We współpracy ze standardowymi protokołami routingu realizowanymi w warstwie 3 modelu OSI TPD przekazuje zadanie dystrybucji informacji o znacznikach Tag Switching, rozsyłając je do poszczególnych urządzeń wspierających technologię Tag Switching.

Technologia FastIP

Technologia FastIP firmy 3Com

Technologia FastIP firmy 3Com oferuje wydajność osiąganą wyłącznie przy przełączaniu, realizując jednocześnie funkcje routingu. Obecność IP w nazwie technologii FastIP wskazuje, że można ją stosować wyłącznie w sieciach używających tego protokołu. Przełączanie pakietów IP jest możliwe dzięki zastosowaniu specjalnych sterowników zarządzających kartami sieciowymi produkowanymi przez 3Com. 3Com pracuje już nad sterownikami, które będą mogły obsługiwać interfejsy sieciowe produkowane przez inne firmy. FastIP opiera się na standardzie NHRP i informacjach żądanie/odpowiedź wymienianych między komunikującymi się ze sobą stacjami końcowymi.

Kiedy stacja chce wyekspediować pakiet do innej podsieci, generuje żądanie NHRP. Dzieje się to w momencie transmitowania danych do routera. Żądanie NHRP jest wysyłane dopiero wtedy, gdy stacja wyekspediowała już określoną liczbę pakietów do docelowej, innej podsieci. Żądanie NHRP ma standardowy format - razem z adresami MAC i IP. Do pola frame type jest wstawiany znacznik NHRP. Adres MAC stacji wysyłającej pakiet jest wstawiany do pola z danymi. To właśnie ten adres zostanie później wykorzystany przez stację docelową do zwrotnej transmisji danych (oczywiście, jeżeli stacja ta wspiera też standard FastIP). Łatwo się domyślić, że pakiet zawierający adres MAC może być szybko obsługiwany przez przełączniki (jeśli takie znajdują się po drodze) i bardzo szybko dociera do celu.

Technologia Ipsilon Flow

Przystępując do opracowania technologii IP Switching, firma Ipsilon (obecnie Nokia) przyjęła jedno podstawowe założenie - IP jest niekwestionowanym królem wszystkich protokołów, a sieć ATM należy traktować wyłącznie jako narzędzie do szybkiego ekspediowania pakietów IP z jednego miejsca w drugie. Nie wdając się w szczegóły technologii proponowanej przez Ipsilon, można powiedzieć, że cały ruch pakietów można podzielić na dwie podstawowe klasy: long lived (długie strumienie danych składające się z 10 i więcej pakietów) i short lived (pojedyncze pakiety lub strumienie składające się z mniej niż 10 pakietów). Idąc za takim rozumowaniem, Ipsilon doszedł do podobnych konkluzji jak grupa robocza pracująca nad standardem MPOA. Dlatego technologia Ipsilon Flow pracuje w ten sposób, że pojedyncze pakiety (short-lived) są ekspediowane przez ogólnodostępne ścieżki, a po rozpoznaniu pakietów typu long lived jest uruchamiany mechanizm budujący wirtualne połączenie, przez które te pakiety są transmitowane.

Przełączniki webowe

W lokalnych sieciach komputerowych przedsiębiorstw gra toczy się o to, aby pakiety wysłane z punktu A dostały się jak najszybciej do punktu B. Do zwiększenia przepustowości sieci przyczyniły się znacznie przełączniki, które operują w dwóch warstwach modelu OSI (warstwy 3 i 4), transmitując pakiety z dużą szybkością z jednego portu (wejściowego) do drugiego (wyjściowego). Najnowsze aplikacje biznesowe (handel elektroniczny, witryny WWW oraz inne usługi świadczone przez sieć Internet, intranety i ekstranety) wykorzystują w dużym stopniu zasoby przechowywane w sieci Web i muszą dysponować pracującymi bardzo wydajnie i niezawodnie łączami komputerowymi.

Właśnie dlatego wymyślono nowy rodzaj węzłów sieci - przełączniki webowe - w optymalny sposób obsługujących aplikacje uruchamiane w tym środowisku pracy. Przełączniki webowe przechwytują wszystkie pakiety kierowane do określonej witryny. W ten sposób śledzą na bieżąco ruch pakietów wymienianych między klientem (przeglądarką) i serwerem Web, zapobiegając przeciążeniom określonych odcinków sieci komputerowej, zanim sytuacja stanie się krytyczna i szybkość komunikowania się klienta z serwerem spadnie do niebezpiecznie niskiego poziomu.

Używane do tej pory serwery i inne urządzenia sieciowe, włączając w to przełączniki warstwy 4, zawiadują odbieranymi pakietami, biorąc pod uwagę takie parametry, jak: adres przeznaczenia IP, identyfikator protokołu (ID) i numer portu użytego do transmitowania pakietu. Tego rodzaju metody analizowania pakietów nie zdają egzaminu w sieci Web. Urządzenia operujące w warstwie 4 modelu OSI postrzegają aplikacje Web jako te, które wykorzystują port TCP oznaczony numerem 80 (typowy port TCP obsługujący protokół HTTP). Dlatego ruchu generowanego przez aplikacje Web nie można w ten sposób odróżnić od ruchu HTTP.

Działanie przełączników webowych

Numery portów odgrywają bardzo ważną rolę w komunikacji TCP/IP. Ponieważ na jednym komputerze może pracować jednocześnie kilka programów, to wykorzystujący ten sam interfejs sieciowy protokół TCP musi na bieżąco śledzić ruch pakietów i wiedzieć, które dane należą do jednego programu, a które do innych programów. Jest to realizowane w ten sposób, że każdemu połączeniu TCP protokół przypisuje określony numer portu. Każda sesja TCP zawiera numer portu przeznaczenia, umieszczony w nagłówku TCP. Kiedy router TCP odbiera kolejny segment danych TCP, to wie, do którego portu taki segment należy skierować, analizując zawartość nagłówka TCP (w którym znajduje numer portu). A oto standardowe numery portów używane w tych środowiskach: Telnet - port 23; SMTP - port 25; POP 3 - port 110.

Jeśli węzeł sieci zawiaduje pakietami stosując technologię przełączania warstwy 4, to żądania Common Gateway Interface nie dadzą się odróżnić od żądań generowanych przez aplikacje webowe SAP czy też przez aplikacje generujące strumienie pakietów zawierających dźwięk (pliki audio), chociaż każda z tych aplikacji ma zupełnie odmienne wymagania co do jakości usług świadczonych przez sieć - QoS (Quality of Service).

W odróżnieniu od tego przełączniki webowe zawiadują odbieranymi pakietami TCP czy też datagramami UDP (User Datagram Protocol) i kierują je do miejsc przeznaczenia (najczęściej do serwerów sieci Web), używając odwołań URL. Analizując zawartość pakietów HTTP, biorąc pod uwagę zarówno URL, jak i np. dane obsługujące usługę "cookie", przełącznik webowy wie, do jakiego rodzaju zasobów chce uzyskać dostęp klient. Dysponując taką wiedzą, przełącznik może kreować adekwatne do sytuacji zasady pracy (jakie usługi QoS należy udostępnić poszczególnym aplikacjom, które zasoby należy chronić, jakie mechanizmy bezpieczeństwa zastosować itp.) i w odpowiedni sposób zarządzać poszczególnymi strumieniami pakietów krążących w sieci Web.

Skalowalna i wieloprocesorowa architektura przełączników webowych powoduje, że obsługują one usługi "cookie" i mogą potwierdzać tożsamości użytkowników, ustalając reguły pracy w odniesieniu do każdej sesji łączności nawiązywanej między klientem i siecią Web. Gdy tylko taka reguła zostanie zdefiniowana, wszystkie kolejne pakiety wchodzące w skład określonego strumienia danych są błyskawicznie przesyłane z jednego portu do drugiego. Pakiety są transmitowane bardzo szybko, ponieważ są wtedy obsługiwane przez specjalizowane układy ASIC.

Zobacz także

• TCP/IP
• Mostowanie i przełączanie