스위치 작동 방식

(1) 스위치가 한 포트에서 패킷을 수신할 때 먼저 헤더의 소스 MAC 주소를 읽어서 활성 MAC 주소의 시스템이 연결된 포트를 알 수 있습니다.

(2) 헤더에서 대상 MAC 주소를 읽고 주소 테이블에서 해당 포트를 찾습니다.

(3) 해당 목적의 MAC 주소에 해당하는 포트가 표에 있는 경우 패킷을 해당 포트에 직접 복사합니다.

(4) 표에서 해당 포트를 찾을 수 없는 경우 패킷을 모든 포트로 브로드캐스팅합니다. 대상 시스템이 소스 시스템에 응답하면 스위치는 대상 MAC 주소가 어느 포트에 해당하는지 알 수 있으므로 다음 데이터 전송에서 모든 포트를 브로드캐스팅할 필요가 없습니다.

이 프로세스를 통해 전체 네트워크의 MAC 주소 정보를 알 수 있습니다. 레이어 2 스위치는 이렇게 자신의 주소 테이블을 만들고 유지 관리합니다.

Layer 2 스위치의 작동 원리로부터 다음 세 가지 사항을 추론할 수 있습니다.

(1) 스위치가 대부분의 포트에 대한 데이터를 동시에 교환하므로 더 넓은 스위칭 버스 대역폭이 필요합니다. 레이어 2 스위치에 N 개의 포트가 있고 각 포트의 대역폭이 M 이고 스위치의 버스 대역폭이 N×M 을 초과하는 경우 스위치는 유선 속도 스위칭을 수행할 수 있습니다.

(2) 학습 포트가 연결된 시스템의 MAC 주소를 주소 테이블에 기록합니다. 주소 테이블의 크기 (일반적으로 BEFFER RAM 과 MAC 테이블 항목의 값 중 하나) 는 스위치의 액세스 능력에 영향을 줍니다.

(3) 또 다른 점은 레이어 2 스위치가 일반적으로 패킷 포워딩 전용 ASIC (전용 집적 회로) 칩을 포함하고 있어 포워딩 속도가 빠르다는 점이다. 공급업체마다 사용하는 ASIC 가 다르기 때문에 제품 성능에 직접적인 영향을 미칩니다.

위의 세 가지 점도 2 및 3 계층 스위치의 성능을 판단하는 주요 기술 매개변수입니다. 장비 선택을 고려할 때 비교에 유의하십시오.

(2) 라우팅 기술

라우터는 OSI 모델의 세 번째 계층 (네트워크 계층) 에서 작동하며, 작동 모드는 두 번째 계층 교환과 비슷하지만 라우터는 세 번째 계층에서 작동합니다. 이러한 차이는 패킷을 전달할 때 라우팅 및 스위칭이 사용하는 제어 정보를 결정하며, 해당 기능은 서로 다른 방식으로 구현됩니다. 작동원리는 라우터 내부에도 어딘가에 가려면 다음에 거기에 가야 한다는 표가 있다는 것이다. 라우팅 테이블에서 패킷을 찾을 수 있는 경우 링크 계층 정보를 추가하고 전달해야 합니다. 다음에 어디로 갈지 모를 경우 이 패킷을 버리고 소스 주소로 메시지를 반환합니다.

기본적으로 라우팅 기술에는 최적의 라우팅 및 전달 패킷 결정의 두 가지 기능만 있습니다. 라우팅 테이블에 다양한 정보를 기록하고 라우팅 알고리즘을 통해 대상 주소에 가장 적합한 경로를 계산한 다음 비교적 간단하고 직접적인 전달 메커니즘을 통해 패킷을 보냅니다. 데이터를 받은 다음 라우터는 패킷이 대상 라우터에 도달할 때까지 같은 방식으로 계속 전달됩니다.

라우팅 테이블을 유지 관리하는 방법에는 두 가지가 있습니다. 하나는 라우팅 정보 업데이트, 일부 또는 전체 라우팅 정보 게시입니다. 라우터는 서로 학습하여 전체 네트워크의 토폴로지를 파악한다. 이러한 라우팅 프로토콜을 거리 벡터 라우팅 프로토콜이라고 합니다. 다른 하나는 라우터가 자신의 링크 상태 정보를 브로드캐스트하고, 서로 전체 네트워크의 라우팅 정보를 익히고, 최적의 전달 경로를 계산하는 것입니다. 이러한 라우팅 프로토콜을 링크 상태 라우팅 프로토콜이라고 합니다.

라우터는 많은 경로 계산 작업을 해야 하기 때문에 범용 프로세서의 성능에 따라 성능이 직접 결정됩니다. 물론 이 판단은 로우엔드 라우터에 대한 것입니다. 하이엔드 라우터는 분산 처리 시스템 아키텍처를 사용하여 설계된 경우가 많기 때문입니다.

(3) 3 계층 스위칭 기술

요 몇 년 동안 3 층 기술의 선전은 들을 수 있고, 곳곳에서 3 층 기술을 외치고 있다. 어떤 사람들은 이것이 매우 새로운 기술이라고 말하고, 또 어떤 사람들은 3 층 교환이 라우터와 2 층 스위치의 스택일 뿐, 새로운 것은 없다고 말한다. 정말 그래요? 간단한 네트워크를 통해 3 계층 스위치의 작동 과정을 살펴보겠습니다.

네트워크는 비교적 간단하다

IP 를 사용하는 디바이스 A- layer 3 스위치-IP 를 사용하는 디바이스 b.

예를 들어, A 가 B 에 데이터를 보내고 대상 IP 가 알려진 경우 A 는 서브넷 마스크를 사용하여 네트워크 주소를 얻고 대상 IP 가 자신과 동일한 네트워크 세그먼트에 있는지 여부를 확인합니다.

같은 네트워크 세그먼트에 있지만 데이터를 전달하는 데 필요한 MAC 주소를 모르는 경우 A 는 ARP 요청을 보내고 B 는 자신의 MAC 주소를 반환합니다. A 는 이 MAC 를 사용하여 패킷을 스위치로 보내고, 스위치는 2 계층 스위칭 모듈을 사용하여 MAC 주소 테이블을 찾고 패킷을 해당 포트로 전달합니다.

대상 IP 주소가 동일한 네트워크 세그먼트에 표시되지 않는 경우 A 는 B 와 통신하고, 스트림 캐시 항목에 해당 MAC 주소 항목이 없는 경우 첫 번째 일반 패킷을 기본 게이트웨이로 보냅니다. 이 기본 게이트웨이는 일반적으로 운영 체제에서 설정되고 레이어 3 라우팅 모듈에 해당하므로 동일한 서브넷에 없는 데이터의 경우 기본 게이트웨이의 MAC 주소가 먼저 MAC 에 배치됩니다. 그런 다음 3 계층 모듈은 이 패키지를 수신하여 라우팅 테이블을 쿼리하여 B 로의 경로를 결정하고 기본 게이트웨이의 MAC 주소가 소스 MAC 주소이고 호스트 B 의 MAC 주소가 대상 MAC 주소인 새 프레임 헤더를 구성합니다. 특정 인식 트리거 메커니즘을 통해 호스트 A 와 B 의 MAC 주소와 전달 포트 간의 대응 관계를 설정합니다.

시스템, 국류 캐시에 들어가는 항목 테이블 기록, A ~ B 의 데이터는 직접 2 층 교환 모듈에 전달된다. 이를 일반적으로 라우팅 및 다중 전달이라고합니다.

다음은 레이어 3 스위치의 작동 과정을 간략하게 요약한 것으로, 레이어 3 스위치의 특징을 알 수 있습니다.

하드웨어 조합을 통한 고속 데이터 전달.

이것은 레이어 2 스위치와 라우터의 간단한 중첩이 아닙니다. 레이어 3 라우팅 모듈은 레이어 2 스위칭의 고속 백플레인 버스에 직접 겹쳐져 기존 라우터의 인터페이스 속도 제한을 극복하고 수십 기가비트에 달할 수 있습니다. 백플레인의 대역폭을 계산하는 것은 3 계층 스위치 성능의 두 가지 중요한 매개 변수입니다.

간단한 라우팅 소프트웨어는 라우팅 프로세스를 단순화합니다.

대부분의 데이터 전달은 필요한 라우팅 외에 라우팅 소프트웨어에 의해 처리되며 2 계층 모듈에 의해 고속으로 전달됩니다. 라우팅 소프트웨어는 대부분 단순한 복제 라우터의 소프트웨어가 아닌 처리된 효율적인 최적화 소프트웨어입니다.

결론

Layer 2 스위치는 소규모 LAN 에 사용됩니다. 말할 필요도 없이, 작은 LAN 에서는 방송 가방의 영향이 매우 적다. 레이어 2 스위치의 빠른 스위칭 기능, 다중 액세스 포트 및 저렴한 가격은 소규모 네트워크 사용자에게 완벽한 솔루션을 제공합니다.

라우터의 장점은 풍부한 인터페이스 유형, 강력한 지원 3 계층, 강력한 라우팅 기능, 대규모 네트워크 간 라우팅에 적합하다는 것입니다. 최적의 라우팅 선택, 로드 공유, 링크 백업, 다른 네트워크와의 라우팅 정보 교환 등의 기능을 갖추고 있다는 장점이 있습니다.

레이어 3 스위치의 가장 중요한 기능은 대규모 LAN 에서 데이터의 빠른 전달을 가속화하는 것이며 라우팅 기능도 이 용도로 사용됩니다. 대형 네트워크를 부서, 지역 등의 요인에 따라 소규모 LAN 으로 분할하면 대량의 인터넷 액세스가 발생할 수 있으며, 레이어 2 스위치만으로는 인터넷 액세스가 불가능합니다. 단순히 라우터를 사용하는 경우 인터페이스 수가 제한되어 라우팅 전달 속도가 느려지고 네트워크의 속도와 크기가 제한됩니다. 따라서 라우팅 기능이 있는 고속 포워딩 레이어 3 스위치를 사용하는 것이 선호됩니다.

일반적으로 인트라넷 데이터 트래픽이 많고 빠른 전달 응답이 필요한 네트워크에서 모든 레이어 3 스위치가 이 작업을 수행하면 레이어 3 스위치가 과부하되어 응답 속도에 영향을 줄 수 있습니다. 인터넷 간 라우팅을 라우터에 맡기고 다른 장비의 장점을 충분히 발휘하는 것은 좋은 네트워킹 전략이다. 물론, 고객이 많은 돈을 가지고 있다면, 그렇지 않으면 뒤로 물러나서 둘째, 3 층 스위치도 인터넷 상호 접속으로 이용된다.

레이어 4 스위칭의 간단한 정의는 전송이 MAC 주소 (레이어 2 브리지) 또는 소스-대상 IP 주소 (레이어 3 라우팅) 뿐만 아니라 TCPUDP (레이어 4) 를 기반으로 하는지를 결정하는 함수입니다. 레이어 4 스위칭 기능은 물리적 서버를 가리키는 가상 IP 와 같습니다. 전송되는 서비스는 HTTP, FTP, NFS, 텔넷 또는 기타 프로토콜과 같은 다양한 프로토콜을 따릅니다. 이러한 서비스에는 물리적 서버를 기반으로 하는 복잡한 로드 밸런싱 알고리즘이 필요합니다. IP 세계에서 비즈니스 유형은 터미널 TCP 또는 UDP 포트 주소에 의해 결정되며, 레이어 4 스위칭의 애플리케이션 간격은 소스 및 터미널 IP 주소, TCP 및 UDP 포트에 의해 결정됩니다.

Layer 4 스위칭에서 검색에 사용되는 각 서버 그룹에 대해 가상 IP 주소 (VIP) 를 설정하고 각 서버 그룹은 일부 애플리케이션을 지원합니다. DNS (domain name server) 에 저장되는 각 애플리케이션 서버 주소는 실제 서버 주소가 아닌 VIP 입니다.

사용자가 응용 프로그램을 요청하면 대상 서버 그룹에 대한 VIP 접속 요청 (예: TCP SYN 패킷) 이 서버 스위치로 전송됩니다. 서버 스위치는 그룹 내 최고의 서버를 선택하고 터미널 주소의 VIP 를 실제 서버의 IP 로 교체하고 서버에 연결 요청을 보냅니다. 이렇게 하면 같은 간격 내의 모든 패킷이 서버 스위치에 매핑되어 사용자와 동일한 서버 간에 전송됩니다.

레이어 4 교환의 원리

OSI 모델의 네 번째 계층은 전송 계층입니다. 전송 계층은 네트워크 소스와 타겟 시스템 간의 통신을 조정하는 완벽한 통신을 담당합니다. IP 스택에서 TCP (전송 프로토콜) 및 UDP (사용자 데이터그램 프로토콜) 가 있는 프로토콜 계층입니다.

레이어 4, TCP 및 UDP 헤더에는 HTTP, FTP 등과 같은 애플리케이션 프로토콜을 고유하게 구분하는 포트 번호가 포함되어 있습니다. ) 각 패키지에는 다음이 포함됩니다. 엔드포인트 시스템은 이 정보를 사용하여 그룹 내의 데이터, 특히 포트 번호를 구분하므로 수신 컴퓨터 시스템이 수신하는 IP 그룹 유형을 확인하고 적절한 고급 소프트웨어로 전송할 수 있습니다. 포트 번호와 장치 IP 주소의 조합을 소켓이라고 합니다. 1 에서 255 사이의 포트 번호는 "잘 알려진" 포트라고 합니다. 즉, 이러한 포트 번호는 모든 호스트 TCPIP 스택 구현에서 동일합니다. 잘 알려진 포트를 제외하고 표준 UNIX 서비스 할당은 256 ~ 1024 포트 범위 내에 있으며 맞춤형 어플리케이션은 일반적으로 1024 이상의 포트 번호를 할당합니다. 할당된 포트 번호의 최신 목록은 RFC 1700' 할당된 번호' 에서 찾을 수 있습니다. TCP/UDP 포트 번호가 제공하는 추가 정보는 네트워크 스위치에서 사용할 수 있으며 이는 레이어 4 스위칭의 기초입니다.

잘 알려진 포트 번호의 예

프로토콜 포트 번호 적용

FTP 20 (데이터)

2 1 (제어)

텔넷 23

SMTP 25

HTTP 80

NNTP 1 19

NNMP 16

162(SNMP 트랩)

TCPUDP 포트 번호가 제공하는 추가 정보는 네트워크 스위치에서 사용할 수 있으며 이는 레이어 4 스위칭의 기초입니다.

레이어 4 기능을 갖춘 스위치는 서버에 연결된 "가상 IP" (VIP) 프런트 엔드 역할을 할 수 있습니다.

단일 또는 공용 응용 프로그램을 지원하는 각 서버 및 서버 그룹은 VIP 주소로 구성됩니다. 이 VIP 주소는 전송되어 도메인 이름 시스템에 등록됩니다.

서비스 요청이 전송되면 레이어 4 스위치는 TCP 의 시작을 결정하여 세션의 시작을 식별합니다. 그런 다음 복잡한 알고리즘을 사용하여 요청을 처리하는 데 가장 적합한 서버를 결정합니다. 이 결정이 내려지면 스위치는 세션을 특정 IP 주소와 연결하고 서버의 VIP 주소를 서버의 실제 IP 주소로 대체합니다.

각 layer 4 스위치에는 선택한 서버와 일치하는 소스 IP 주소 및 소스 TCP 포트에 대한 연결 테이블이 저장됩니다. 그런 다음 layer 4 스위치는 접속 요청을 서버로 전달합니다. 모든 후속 패킷은 스위치가 검색될 때까지 클라이언트와 서버 간에 재매핑 및 전달됩니다.

대화까지.

레이어 4 스위칭을 사용하는 경우 액세스는 실제 서버에 연결하여 각 서버에 동일한 액세스 횟수를 갖거나 다른 서버의 용량에 따라 전송 스트림을 할당하는 등 사용자가 설정한 규칙을 충족할 수 있습니다.

적절한 레이어 4 스왑을 선택하려면 어떻게 해야 합니까?

첫째, 속도

엔터프라이즈 네트워크에서 역할을 하려면 레이어 4 스위칭이 레이어 3 회선 속도 라우터와 비슷한 성능을 제공해야 합니다. 즉, 레이어 4 스위칭은 여러 기가비트 이더넷 연결에서도 모든 포트에서 최고 속도로 작동해야 합니다. 기가비트 이더넷 속도는 초당 488,000 패킷의 최대 속도로 라우팅되는 것과 같습니다 (최악의 경우 모든 패킷이 네트워크에 의해 정의된 최소 크기이고 길이가 64 바이트라고 가정).

B, 서버 용량 균형 알고리즘

용량 균형 간격의 예상 크기에 따라, 레이어 4 스위치는 단순히 루프의 최근 연결을 감지하거나 루프 지연을 감지하거나 서버 자체의 폐쇄 루프 피드백을 감지하는 등 여러 알고리즘을 서버에 할당합니다. 모든 예측에서 폐쇄 루프 피드백은 서버의 기존 트래픽을 반영하는 가장 정확한 감지를 제공합니다.

C, 테이블 용량

레이어 4 스위칭에 사용되는 스위치에는 대량의 전송 항목을 구분하고 저장할 수 있는 기능이 필요합니다. 특히 스위치가 엔터프라이즈 네트워크의 핵심에 있을 때 그러합니다. 많은 layer 2 및 layer 3 스위치는 네트워크 디바이스 수에 비례하는 테이블을 전송하는 경향이 있습니다. Layer 4 스위치의 경우 이 수치에 네트워크에서 사용되는 서로 다른 애플리케이션 프로토콜 및 세션 수를 곱해야 합니다. 따라서 전송 테이블의 크기는 엔드포인트 장치와 애플리케이션 유형 수가 증가함에 따라 빠르게 증가합니다. 레이어 4 스위치 설계자는 제품을 설계할 때 이 표의 증가를 고려해야 합니다. 대용량 테이블 용량은 유선 속도로 레이어 4 트래픽을 전송할 수 있는 고성능 스위치를 만드는 데 매우 중요합니다.

D, 중복

레이어 4 스위치는 중복 토폴로지를 지원하는 기능을 갖추고 있습니다. 이중 링크가 있는 네트워크 카드에 내결함성 연결이 있는 경우 서버에서 네트워크 카드, 링크 및 서버 스위치로의 완전한 중복성을 설정할 수 있습니다.