Коммутация сетевых пакетов. 
Коммутаторы уровня 2, 3 и 4

Коммутация пакетов — это техника коммутации абонентов, которая была специально разработана для эффективной передачи компьютерного трафика. Эксперименты по созданию первых компьютерных сетей на основе техники коммутации каналов показали, что этот вид коммутации не позволяет достичь высокой общей пропускной способности сети. Суть проблемы заключается в пульсирующем характере трафика, который генерируют типичные сетевые приложения. Например, при обращении к удаленному файловому серверу пользователь сначала просматривает содержимое каталога этого сервера, что порождает передачу небольшого объема данных. Затем он открывает требуемый файл в текстовом редакторе, и эта операция может создать достаточно интенсивный обмен данными, особенно если файл содержит объемные графические включения. После отображения нескольких страниц файла пользователь некоторое время работает с ними локально, что вообще не требует передачи данных по сети, а затем возвращает модифицированные копии страниц на сервер — и это снова порождает интенсивную передачу данных по сети.

Коэффициент пульсации трафика отдельного пользователя сети, равный отношению средней интенсивности обмена данными к максимально возможной, может составлять 1:50 или 1:100. Если для описанной сессии организовать коммутацию канала между компьютером пользователя и сервером, то большую часть времени канал будет простаивать. В то же время коммутационные возможности сети будут использоваться — часть тайм-слотов или частотных полос коммутаторов будет занята и недоступна другим пользователям сети.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Напомним, что сообщением называется логически завершенная порция данных — запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл, и т. п. Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт. Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения. Пакеты транспортируются в сети как независимые информационные блоки. Коммутаторы сети принимают пакеты от конечных узлов и на основании адресной информации передают их друг другу, а в конечном итоге — узлу назначения.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета. В этом случае пакет находится некоторое время в очереди пакетов в буферной памяти выходного порта, а когда до него дойдет очередь, то он передается следующему коммутатору. Такая схема передачи данных позволяет сглаживать пульсации трафика на магистральных связях между коммутаторами и тем самым использовать их наиболее эффективным образом для повышения пропускной способности сети в целом.

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. коммутация трафик компьютерный 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.