Quali sono le differenze tra un interruttore di livello 3 e un router?

Quali sono le differenze tra un interruttore di livello 3 e un router?
Molti amici chiedono, qual è la differenza tra un router e unInterruttore di livello 3? Questa è un'ottima domanda e oggi gli ingegneri di Cobtel sono qui per fornire la spiegazione più professionale e dettagliata.

 

Quando uno switch riceve dati, controlla l'indirizzo MAC di destinazione e quindi inoltra i dati tramite l'interfaccia connessa all'host di destinazione. Lo switch può farlo perché ha una tabella di indirizzi MAC integrata, che registra la corrispondenza tra tutti gli indirizzi MAC sulla rete e le porte dello switch. Quando è necessario inoltrare un frame di dati, lo switch cerca l'indirizzo MAC di destinazione nella tabella degli indirizzi MAC per trovare la porta corrispondente, cioè, sapendo a quale porta sull'interruttore il dispositivo con quell'indirizzo MAC è collegato, quindi lo switch inoltra il frame di dati fuori da quella porta.

1. Lo switch stabilisce una mappatura tra l'indirizzo MAC di origine nel frame di dati ricevuto e la porta dello switch e lo scrive nella tabella degli indirizzi MAC.

2. Lo switch confronta l'indirizzo MAC di destinazione nel frame di dati con la tabella degli indirizzi MAC stabilita per decidere quale porta inoltrare il frame di dati attraverso.

3. Se l'indirizzo MAC di destinazione nel frame di dati non si trova nella tabella degli indirizzi MAC, il frame di dati viene inoltrato a tutte le porte. Questo processo si chiama inondazione (in cui il frame di dati viene inviato a tutte le porte).

4. I frame di trasmissione e multicast sono inoltrati a tutte le porte.

 

Esempio: una rete è mostrata nella Figura 1.

Figura 1 Tabella degli indirizzi dell'interruttore

Tabella 1: tabella di mappatura dell'indirizzo porta/mac

 

Ad esempio, se Host PC1 invia un frame di dati a Host PC7. Dopo che il frame di dati viene inviato allo switch, lo switch controlla prima la tabella degli indirizzi MAC e rileva che l'host PC7 è collegato all'interfaccia E 0}/24, quindi inoltra il frame di dati dall'interfaccia E 0/24.

 

ILInterruttore EthernetImpara l'indirizzo MAC di ciascun dispositivo collegato e memorizza questo indirizzo insieme alla porta corrispondente nel buffer dello switch, creando una tabella degli indirizzi MAC.

Quando l'indirizzo di destinazione di un frame di dati si trova nella tabella degli indirizzi MAC, viene inoltrato alla porta connessa al nodo di destinazione anziché a tutte le porte (se il frame di dati è un frame di trasmissione/multicast, viene inoltrato a tutte le porte).

 

Quando un interruttore include un ciclo ridondante, l'interruttore Ethernet utilizza il protocollo dell'albero di spanning per evitare la generazione del ciclo consentendo l'esistenza di percorsi di backup.

 

 

La tecnologia di commutazione di livello 2 è relativamente matura.Interruttori di livello 2Sono dispositivi di livello di collegamento dati in grado di riconoscere le informazioni sull'indirizzo MAC nei pacchetti di dati, in avanti in base agli indirizzi MAC e registrare questi indirizzi MAC e le porte corrispondenti in una tabella degli indirizzi interni.

 

Il flusso di lavoro specifico è il seguente:

(1) Quando lo switch riceve un pacchetto di dati da una determinata porta, legge prima l'indirizzo Mac di origine nell'intestazione del pacchetto per sapere a quale porta la macchina con l'indirizzo MAC di origine è collegata.
(2) Legge quindi l'indirizzo MAC di destinazione nell'intestazione del pacchetto e cerca la porta corrispondente nella tabella degli indirizzi.
(3) Se è presente una porta corrispondente nella tabella per questo indirizzo MAC di destinazione, il pacchetto di dati viene copiato direttamente su quella porta.
(4) Se la porta corrispondente non viene trovata nella tabella, il pacchetto di dati viene trasmesso in tutte le porte. Quando la macchina di destinazione risponde alla macchina di origine, l'interruttore può apprendere quale porta corrisponde all'indirizzo MAC di destinazione, quindi i dati del tempo successivo vengono trasmessi, non è più necessario trasmettere a tutte le porte.

Classando continuamente questo processo, lo switch Layer 2 può apprendere tutte le informazioni sull'indirizzo MAC sulla rete e quindi stabilire e mantenere la propria tabella di indirizzi.

 

(1) Poiché l'interruttore scambia contemporaneamente i dati sulla maggior parte delle porte, richiede una larghezza di banda del bus di commutazione molto ampia. Se un interruttore di livello 2 ha n porte, ognuna con una larghezza di banda di M, la larghezza di banda del bus dello switch deve superare N × M per l'interruttore per ottenere la commutazione della velocità della linea.
(2) Apprendimento dell'indirizzo MAC della macchina collegata a ciascuna porta e scriverla nella tabella degli indirizzi. La dimensione della tabella degli indirizzi (di solito rappresentata in due modi: uno è RAM buffer, l'altro è il numero di voci della tabella MAC) influisce sulla capacità di accesso dello switch.
; Poiché diversi produttori utilizzano ASIC diversi, ciò influisce direttamente sulle prestazioni del prodotto.

 

La commutazione del livello 3 funziona nel livello di rete del modello OSI. Utilizza le informazioni di intestazione dei pacchetti IP nel protocollo di terzo livello per contrassegnare i successivi flussi di servizio dati. I pacchetti successivi dello stesso flusso di servizio contrassegnato sono passati al livello di collegamento dati del secondo livello, aprendo così un percorso tra l'indirizzo IP di origine e l'indirizzo IP di destinazione. Questo percorso passa attraverso il livello di collegamento del secondo livello. Con questo percorso, gli switch di livello 3 non devono disimballare ciascuno pacchetto di dati ricevuto per determinare il percorso ma può inoltrare direttamente il pacchetto di dati e cambiare il flusso di dati.

Per esempio
Supponiamo che A desideri inviare dati a B, conoscendo l'IP di destinazione. Quindi A utilizza la maschera di sottorete per ottenere l'indirizzo di rete e determina se l'IP di destinazione è nello stesso segmento di rete di se stesso.

Dispositivo A usando ip ------------ Switch Layer 3 ---------------- Dispositivo B utilizzando IP

Se si trovano nello stesso segmento di rete ma A non conosce l'indirizzo MAC richiesto per l'inoltro dei dati, A invia una richiesta ARP e B restituisce il suo indirizzo MAC. A utilizza questo indirizzo MAC per incapsulare il pacchetto di dati e lo invia allo switch. Lo switch attiva il modulo di commutazione del livello 2, cerca la tabella degli indirizzi MAC e inoltra il pacchetto di dati alla porta corrispondente.

Se l'indirizzo IP di destinazione indica che non si trova nello stesso segmento di rete, è necessario comunicare con B. Se non è presente la corrispondente voce dell'indirizzo MAC nella cache di flusso, il primo pacchetto di dati normale viene inviato a un gateway predefinito. Questo gateway predefinito (il percorso predefinito della rete) è generalmente impostato nel sistema operativo e corrisponde al modulo di routing di terzo livello. Pertanto, per i dati non nella stessa sottorete, il primo indirizzo MAC inserito nella tabella MAC è l'indirizzo MAC del gateway predefinito. Quindi il modulo di routing di terzo livello riceve questo pacchetto di dati, interroga la tabella di routing per determinare il percorso verso B, costruisce un nuovo intestazione del frame con l'indirizzo MAC del gateway predefinito come indirizzo MAC di origine e indirizzo MAC di B come indirizzo MAC di destinazione. Attraverso un certo meccanismo di innesco di riconoscimento, la corrispondenza tra gli indirizzi MAC di A e B e la porta di inoltro viene stabilita e registrata nella tabella della cache di flusso. I dati successivi da A a B sono gestiti direttamente dal modulo di commutazione del livello 2. Questo è comunemente definito "routing una tantum, più scambi".

 

UN. L'inoltro di dati ad alta velocità viene raggiunto attraverso l'integrazione hardware.
B. Questa non è una semplice sovrapposizione di un interruttore di livello 2 e di un router. Il modulo di routing di livello 3 è direttamente sovrapposto sul bus di backplane ad alta velocità dell'interruttore di livello 2, sfondando il limite di velocità di interfaccia del router tradizionale, con una velocità di massima decisione di Gbit/s. Incluso la larghezza di banda del backplane, questi sono due parametri importanti delle prestazioni dello switch Layer 3.
C. Il software di routing semplificato semplifica il processo di routing.
D. La maggior parte dei dati di inoltro, ad eccezione della necessaria selezione di routing gestita dal software di routing, è gestita dal modulo Layer 2 ad alta velocità. Il software di routing è per lo più un software altamente efficiente e ottimizzato elaborato, non una semplice copia del software nei router.

Perciò:
Switch Layer 2: in base all'indirizzo MAC
Switch Layer 3: con funzionalità VLAN (LAN virtuali), commutazione e routing, in base a IP, IE, rete.

 

Un router è un dispositivo di livello 3, ma un interruttore di livello 3 può funzionare contemporaneamente sia a livello 3 che a livello 2.

 

In effetti, ci sono differenze significative tra switch e router di livello 3:

 

Sebbene sia gli interruttori di livello 3 che i router abbiano funzioni di routing, non possono essere equiparati. I router non hanno solo funzioni di routing, ma forniscono anche porte di switch e funzioni di firewall hardware aggiuntive, con l'obiettivo di rendere il dispositivo più versatile e pratico.

Come gli switch di livello 2, gli switch di livello 3 gestiscono principalmente la commutazione dei dati, ma hanno anche alcune funzioni di routing di base. Gli switch di livello 3 combinano la commutazione dei dati con le capacità di routing, ma la loro funzione principale è ancora la commutazione dei dati; Mentre i router hanno solo la funzione principale del routing di inoltro.

 

La funzione di routing degli switch di livello 3 è generalmente semplice perché principalmente affrontano semplici connessioni LAN. Le loro caratteristiche sono molto meno complesse dei router. Il loro uso primario nelle LAN è fornire un cambio di dati rapidi, che è essenziale per gli scambi di dati frequenti.

I router, d'altra parte, sono anche adatti alle connessioni tra LAN, ma la loro funzione di routing si riflette più nell'interconnessione tra diversi tipi di reti, come connessioni tra LAN e WAR, connessioni tra reti con protocolli diversi, ecc. Inoltre, i router hanno una varietà molto ricca di tipi di interfaccia per connettersi con vari tipi di reti, mentre gli switch di livello 3 hanno generalmente solo lo stesso tipo di interfacce LAN, il che è molto semplice.

 

Esiste una differenza significativa nelle operazioni di commutazione dei pacchetti di dati tra router e switch di livello 3.
I router generalmente eseguono la commutazione dei pacchetti di dati in base a processori di rete o motori di routing multi-core.
Switch Layer 3 Eseguire la commutazione dei pacchetti di dati utilizzando hardware specializzato. Dopo che il primo pacchetto di dati viene inviato al piano di controllo per la ricerca di routing, lo switch Layer 3 genererà una tabella di mappatura di indirizzi MAC e indirizzi IP per la ricerca del piano dati. Quando lo stesso flusso di dati passa di nuovo, cercherà questa tabella per passare invece di inviarlo al piano di controllo per la ricerca di routing (cioè ", routing una tantum, più scambi").

 

Ciò migliora l'efficienza dell'inoltro dei pacchetti di dati. La ricerca di routing degli switch Layer 3 è per i flussi di dati e utilizza facilmente la tecnologia di memorizzazione nella cache e la tecnologia ASIC per implementare, risparmiando così notevolmente i costi e raggiungendo il rapido inoltro.
I router, tuttavia, utilizzano un metodo di corrispondenza più lungo più complesso per l'inoltro, che viene implementato utilizzando costosi processori di rete o processori multi-core e il numero di tabelle di routing è enorme, con conseguenti costi considerevoli.

 

Gli interruttori di strato 2 sono ideali per le piccole LAN. Nelle piccole LAN, i pacchetti di trasmissione hanno un impatto limitato e la funzione di commutazione rapida, le porte di accesso multiple e il basso prezzo degli switch di livello 2 forniscono una soluzione molto completa per gli utenti di piccoli rete.

La funzione più importante degli switch di livello 3 è accelerare il rapido inoltro dei dati all'interno di LAN grandi e l'aggiunta di funzioni di routing serve anche a questo scopo. Se una grande rete è divisa in piccoli LAN in base a fattori come i dipartimenti e le regioni, ciò porterà a una grande quantità di accesso inter-network. Il semplice utilizzo degli switch di livello 2 non può ottenere l'accesso inter-network;

Se vengono utilizzati solo router, a causa del numero limitato di interfacce e della velocità di inoltro del routing lento, limiterà la velocità e la scala della rete. L'uso di switch di livello 3 con funzioni di routing e l'inoltro rapido diventa la scelta preferita.