Коммутация уровня 4 облегчает жизнь серверов
Обеспечение высокой производительности Сети и необходимого уровня качества сетевых услуг требует тщательной балансировки пропускной способности всех ее элементов с тем, чтобы гарантировать бесконфликтный обмен данными между клиентами и серверами.
Для обеспечения высокой сквозной пропускной способности сети и соответствующего качества обслуживания необходимо, чтобы загрузка оптимально распределялась между всеми элементами сети и поток данных между клиентами и серверами был равномерным.
Для использования средств коммутации уровней 2 и 3 необходимо решить ряд важных вопросов, касающихся пропускной способности внутри локальных сетей и при межсетевых взаимодействиях. Коммутаторы уровня 2 и 3 сыграли свою роль в повышении пропускной способности локальных сетей, однако сегодня они уже не справляются с нагрузкой. И здесь на помощь приходит новая технология - коммутация на уровне 4.
Это - самый современный подход к увеличению производительности и расширению возможностей управления трафиком коммутаторов уровней 2 и 3.
Технология коммутации на уровне 4 включает в себя возможности управления производительностью и трафиком коммутаторов уровня 2 и 3, дополняя их новыми интеллектуальными функциями, в том числе возможностями управления серверами и приложениями.
Новые коммутаторы используют информацию, которая содержится в заголовках пакетов и относится к уровню 3 и 4 стека протоколов, такую как IP-адреса источника и приемника, биты SYN/FIN, отмечающие начало и конец прикладных сеансов, а также номера портов TCP/UDP для идентификации принадлежности трафика к различным приложениям. На основании этой информации, коммутаторы уровня 4 могут принимать интеллектуальные решения о перенаправлении трафика того или иного сеанса.
Такие возможности могут очень пригодиться в крупных корпоративных центрах данных, сетях Internet-провайдеров и контент-провайдеров, где для поддержки одного приложения нередко используется сразу много разнородных компьютеров. Кроме того, данная технология поможет оптимизировать процессы тиражирования между многими физическими серверами.
Маршрутизаторы и коммутаторы уровня 3 пересылают отдельные пакеты, не имея ни малейшего представления о том, какие пакеты пришли прежде или придут после. Коммутация уровня 4 контролирует и поддерживает отдельные сеансы от начала и до конца. Таким образом, коммутация уровня 4 - это на самом деле "коммутация сеансов". В то время как маршрутизаторы принимают решения о передаче пакетов, основываясь на степени готовности и производительности канала или узла сети, коммутаторы уровня 4 выбирают канал на основе имеющейся информации о сеансе и данных, с которыми оперирует приложение. Таким образом, коммутация уровня 4 представляет собой идеальный механизм для балансировки трафика и нагрузки между несколькими серверами.
Коммутатор, ориентированный на уровень 4, действует как "виртуальный IP-клиент" (VIP). Адрес VIP конфигурируется для каждого сервера и группы серверов, которые обеспечивают работу одного либо общего приложения. Адрес VIP объявляется и регистрируется с помощью системы имен доменов DNS.
Каждый коммутатор уровня 4 поддерживает таблицу назначений, которая связывает исходный IP-адрес и исходный порт TCP с выбранным сервером.
При запросе на услугу коммутатор уровня 4 отслеживает начало сеанса (пакет "SYN") и с помощью сложного алгоритма выбирает оптимальный для обработки данного запроса сервер. Затем с сеансом вместо VIP-адреса связывается реальный IP-адрес сервера, которому будет передаваться весь трафик в пределах данного сеанса. Для этого в коммутаторе имеется таблица соответствий, которая сопоставляет исходные IP-адреса TCP-портам выбранного сервера. Коммутатор уровня 4 перенаправляет запрос к этому серверу. Все последующие пакеты маршрутизируются в соответствии со сделанным выбором между клиентом и тем же самым сервером, пока коммутатор не обнаружит сигнал FIN, свидетельствующий о завершении сеанса.
Коммутаторы уровня 4 позволяют менять критерии выбора серверов в зависимости от конкретных задач. Например, таким критерием может быть число подключений для каждого сервера или распределение трафика, взвешенное в соответствии с пропускной способностью каждого сервера.
Традиционные специализированные продукты распределения загрузки как правило, способны устанавливать от 400 до 800 соединений в секунду для каждого устройства. Применение нового поколения устройств, сочетающих функции коммутации уровня 2 и 4 и использующих для аппаратной реализации распределения загрузки специальные заказные микросхемы, позволит увеличить этот показатель до 100 тыс. соединений в секунду.
Основной вопрос - как определить наиболее подходящий сервер, на который направлять трафик.
Для принятия решения о балансировке нагрузки сейчас используются различные методы. В зависимости от шкалы балансировки нагрузки коммутаторы уровня 4 могут распределять между серверами сеансы работы приложений, используя несколько эвристистических методов. К этим методам относятся простое определение весовых коэффициентов соединений по кругу до последнего соединения с весовым коэффициентом, измерение задержки при пересылке данных туда-обратно, или обратная связь по замкнутому циклу.
Обратная связь по замкнутому циклу - это наиболее совершенная технология, основанная на анализе специфической системной информации (такой как доступная память, прерывания ввода/вывода и уровень использования процессора), которую драйверы адаптеров и коммутаторы уровня 4 могут получать автоматически. Существующие механизмы обратной связи по замкнутому циклу требуют, чтобы программные агенты были установлены на каждом сервере.
Коммутаторы уровня 4 по структуре и функциям значительно отличаются от существующего специализированного оборудования распределения загрузки. Традиционные устройства, как правило, имеют два порта, которые поддерживают протоколы глобальных сетей и работают на скоростях до 45 Мбит/с. Их стоимость составляет от 10 до 35 тыс. долл. Коммутаторы уровня 4 рассчитаны на приложения высокоскоростных сетей intranet и содержат достаточно много портов на 100 Мбит/с или 1 Гбит/с. Цена на подобные устройства колеблется от 12 до 15 тыс. долл.
Помимо балансировки нагрузки коммутация уровня 4 обеспечивает ряд других возможностей, в частности функцию управления потоками трафика на основе типа приложения и идентификатора пользователя. Используя многоэтапные методы организации очередей, коммутаторы уровня 4 могут назначать и определять приоритеты трафика в соответствии с особенностями работы приложения.
В случае, если коммутаторы уровня 4 размещаются непосредственно перед серверами, то сетевые устройства получают возможность анализировать информацию о сеансах приложений и пользовательских критериях, что делает их идеальным средством для предотвращения несанкционированного доступа к серверам.