Технологии коммутации и модель OSI

Коммутаторы локальных сетей можно классифицировать в соответствии с уровнями модели OSI, на которых они передают, фильтруют и коммутируют кадры.

Различают коммутаторы уровня 2 (Layer 2 Switch), коммутаторы уровня 2 со свойствами уровня 3 (Layer 3 Switch) и многоуровневые коммутаторы.

Коммутаторы уровня 2 анализируют входящие кадры, принимают решение об их дальнейшей передаче и передают их пунктам назначения на основе МАС – адресов канального уровня модели OSI. Основное преимущество коммутаторов уровня 2 – прозрачность для протоколов верхнего уровня. Т.к. коммутатор функционирует на 2-м уровне, ему нет необходимости анализировать информацию верхних уровней модели OSI. Коммутация 2-го уровня – аппаратная (не программная). Она обладает высокой производительностью, поскольку пакет данных не претерпевает изменений.

Существуют две основные причины использования коммутаторов 2-го уровня – сегментация сети и объединение рабочих групп. Деление крупной сети на логические сегменты повышает производительность сети (за счет уменьшения объема передаваемых данных в отдельных сегментах), а также гибкость построения сети, увеличивая степень защиты данных, и облегчает управление сетью.

Несмотря на преимущества коммутации 2-го уровня, она все же имеет некоторые ограничения. Наличие коммутаторов в сети не препятствует распространению широковещательных кадров (broadcast) по всем сегментам сети, сохраняя ее прозрачность.

Таким образом, очевидно, что для повышения производительности сети необходима функциональность 3-го уровня OSI модели.

Коммутатор уровня 3 принимает решение о коммутации на основании большего количества информации, чем просто МАС-адрес. Коммутаторы 3-го уровня осуществляют коммутацию и фильтрацию на основе адресов канального (уровень 2) и сетевого (уровень 3) уровней OSI модели. Такие коммутаторы динамически решают, коммутировать (уровень 2) или маршрутизировать (уровень 3) входящий трафик. Коммутаторы 3 уровня выполняют коммутацию в пределах рабочей группы и маршрутизацию между рабочими группами.

Коммутаторы 3-го уровня функционально практически ничем не отличаются от традиционных маршрутизаторов и выполняют те же функции:

1) определение оптимальных путей передачи данных на основе логических адресов (адресов сетевого уровня, традиционно IP-адресов)

2) управление широковещательным и многоадресным трафиком

3) фильтрация трафика на основе информации 3-го уровня и IP- фрагментация.

Основное отличие между маршрутизаторами и коммутаторами 3-го уровня заключается в том, что в маршрутизаторах общего назначения принятие решения о пересылке пакетов обычно выполняется программным образом, а в коммутаторах обрабатывается специализированными контроллерами. Это позволяет коммутаторам выполнять маршрутизацию пакетов на скорости канала связи.

Многоуровневые коммутаторы сочетают в себе технологии коммутации уровней 2, 3 и 4. Принятие решения о передаче данных осуществляется в таких коммутаторах на основе следующей информации: МАС - адресе источника/приемника кадра данных; IP-адресе из заголовка сетевого (3-го) уровня; типа протокола в заголовке сетевого уровня и номера порта в заголовке транспортного уровня.