| Artículos | 01 ABR 1998

Conmutación de Nivel 4

Equilibrio de cargas entre servidores
La calidad de servicio y el rendimiento de extremo a extremo requiere equilibrar prudentemente la capacidad de todos los elementos de la red a fin de asegurar un tráfico fluido de datos entre clientes y servidores. En este sentido, los productos de conmutación de Nivel 2 y 3 cumplen un papel esencial en lo que se refiere a las importantes cuestiones de la capacidad y el ancho de banda, pero es posible que estas ventajas no sean suficientes. Es aquí donde una nueva tecnología, la conmutación de Nivel 4, entra en juego.

La conmutación de Nivel 4 es una flamante técnica destinada a extender hasta los servidores y aplicaciones el rendimiento y las capacidades de gestión de tráfico propios de los conmutadores de Nivel 2 y 3. Para ello, utiliza la información contenida en las cabeceras de paquetes de Nivel 3 y 4 (número de puertos TCP/User Datagram Protocol ?UDP?, bits ?SYN/FIN? que marcan el comienzo y el final de las sesiones de aplicación y direcciones de destino/fuente IP) para identificar sesiones de tráfico por aplicación. Con tal información, este tipo de conmutadores pueden tomar decisiones inteligentes respecto de dónde enviar el tráfico de sesión.

Esta nueva posibilidad resulta particularmente útil para grandes centros de datos corporativos, proveedores de servicio Internet o sitios de proveedores de contenido donde las aplicaciones se suelen soportar mediante múltiples sistemas heterogéneos. La tecnología también es de gran utilidad allí donde se requiere replicación a través de muchos servidores físicos.

Los routers y los conmutadores de Nivel 3 envían cada paquete sin saber cuáles van antes o después. La conmutación de Nivel 4, sin embargo, sigue y mantiene sesiones individuales desde el comienzo hasta el final, de tal modo que se les podría denominar ?conmutadores de sesión?.

Mientras los routers toman decisiones de envío de paquetes en función del rendimiento y disponibilidad de los nodos o enlaces de la red, los conmutadores de Nivel 4 efectúan sus decisiones de envío en función de la información relativa a los niveles de aplicación y sesión. De este modo, los usuarios pueden solicitar ser conmutados al ?mejor? servidor según una variedad de criterios. Como resultado, la conmutación de Nivel 4 resulta un mecanismo ideal para equilibrar cargas o tráficos entre varios servidores.

Gráfico at122-001.gif (48843 bytes)

Direcciones VIP

Un conmutador capacitado para trabajar al Nivel 4 actúa como un front end ?IP virtual? (VIP) respecto de los servidores a él conectados. Para cada servidor o grupo de servidores que soporta una aplicación única o común se configura una dirección VIP, que será registrada con el Domain Name System.

Cuando se realiza una petición de servicio, el conmutador de Nivel 4 reconoce el comienzo de una sesión identificando el inicio TCP o paquete SYN, y, a continuación, mediante algoritmos sofisticados, determina el servidor más indicado para tratar la petición. Después, el conmutador liga la sesión a una dirección IP específica y sustituye la dirección IP real del servidor por su dirección VIP. Cada conmutador de Nivel 4 mantiene una tabla de asociaciones que vincula la dirección IP y el puerto TCP de la fuente al servidor elegido, al que envía después una petición de conexión. Todos los paquetes posteriores son remapeados y enviados del cliente a ese servidor hasta que el conmutador ve una terminación de sesión, o paquete FIN. Con la conmutación de Nivel 4, las conexiones pueden ser destinadas a servidores reales para satisfacer criterios de cliente ya especificados, tales como tener un número igual de conexiones en cada servidor o sopesar tráfico en virtud de las diferentes capacidades de los servidores.

Los típicos productos de equilibrio de cargas pueden vincular de 400 a 800 conexiones por segundo por dispositivo. Sin embargo, una nueva generación de productos que combinan funciones de Nivel 2 y Nivel 4 ?usando funciones de equilibrio de cargas basadas en ASIC (Application Specific Integrated Circuits)? llegan a efectuar más de 100.000 conexiones por segundo.


Eligiendo servidor
Una cuestión clave en todo este proceso es cómo determinar el servidor con mayor disponibilidad para el tráfico enviado. Actualmente existen varios métodos para tomar decisiones respecto del equilibrio de cargas. Dependiendo de la capacidad de equilibrio de carga deseada, los conmutadores de Nivel 4 pueden distribuir sesiones de aplicación entre servidores mediante diferentes técnicas que van desde weighted round robin a weighted least connection, measured round-trip delay o feedback de bucle cerrado.

De todos ellos, el feedback de bucle cerrado es el más avanzado. Se basa en el aprovechamiento de ciertas informaciones del sistema, como memoria disponible, interrupciones E/S y utilización de CPU, que pueden ser obtenidas automáticamente por los drivers de adaptador y los conmutadores de Nivel 4. El actual mecanismo de feedback de bucle cerrado requiere desplegar agentes software en cada servidor.

Los conmutadores de Nivel 4 difieren en forma y función de los convencionales dispositivos de equilibrio de cargas dedicados y basados en hardware, que constan de dos puertos optimizados para velocidades WAN de hasta 45 Mbps. Los conmutadores de Nivel 4, por su parte, están diseñados para aplicaciones intranet de gran velocidad y soportan múltiples interfaces gigabit o de 100 Mbps. Pero además del equilibrio de cargas, la conmutación de Nivel 4 proporciona otras muchas prestaciones, como el control de flujos de tráficos

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