Quali sono gli switch Ethernet di livello 1, 2 e 3?

La tecnologia di commutazione di livello 2 è relativamente matura. Gli switch di livello 2 sono dispositivi di livello collegamento dati in grado di riconoscere le informazioni sull'indirizzo MAC nei pacchetti di dati, i pacchetti in avanti basati sugli indirizzi MAC e registrare questi indirizzi MAC e le loro porte corrispondenti in una tabella interna. Il processo di lavoro specifico è il seguente:

A. quando ainterruttore EthernetRiceve un pacchetto di dati da una determinata porta, legge innanzitutto l'indirizzo MAC di origine dall'intestazione del pacchetto, sapendo così a quale porta la macchina con l'indirizzo di origine Mac è connessa.

B. Quindi legge l'indirizzo MAC di destinazione dall'intestazione del pacchetto e cerca la porta corrispondente nella tabella degli indirizzi.

C. Se la tabella contiene una porta corrispondente all'indirizzo MAC di destinazione, il pacchetto di dati viene copiato direttamente su quella porta.

D. Se la tabella non trova una porta corrispondente, il pacchetto di dati viene trasmesso in tutte le porte. Quando la macchina di destinazione risponde al computer di origine, lo switch può apprendere quale porta corrisponde all'indirizzo MAC di destinazione, in modo che vengano trasmessi i dati temporali successivi, non deve più trasmettere a tutte le porte.

 

Questo processo continua a ripetere, aiutando lo switch a imparare tutti gli indirizzi MAC nella rete e mantenere la propria tabella degli indirizzi.

A. Poiché l'interruttore scambia contemporaneamente i dati sulla maggior parte delle porte, richiede un'ampia larghezza di banda per il bus di commutazione. Se aInterruttore L2ha n porte, ognuna con una larghezza di banda di m, può ottenere la commutazione a velocità di linea se la larghezza di banda totale del bus supera N volte M.

B. Apprendimento degli indirizzi MAC delle macchine collegate alle porte, scriverle nella tabella degli indirizzi, le dimensioni della tabella degli indirizzi (in genere rappresentata in due modi: RAM buffer o il numero di voci MAC) e la dimensione della tabella degli indirizzi influisce sulla capacità di accesso dello switch.

C. La maggior parte degli switch di livello 2 contengono anche chip ASIC (circuiti integrati specifici dell'applicazione) progettati specificamente per l'inoltro dei pacchetti di dati, consentendo velocità di inoltro molto rapide. Le prestazioni dei prodotti sono direttamente influenzate dagli ASIC utilizzati da diversi produttori.

Questi tre punti sono anche i principali parametri tecnici per valutare le prestazioni diInterruttori di livello 2EInterruttori di livello 3.Si prega di prestare attenzione a questi quando si considera la selezione del dispositivo.

I router operano al terzo livello del modello OSI: il livello di rete. La loro modalità di lavoro è simile a quella degli switch di livello 2, ma i router funzionano al terzo livello, il che determina che utilizzano informazioni di controllo diverse e metodi diversi per raggiungere le loro funzioni quando si trasferiscono i pacchetti. Il principio di lavoro è che il router ha anche una tabella interna che indica dove andare accanto per raggiungere una determinata destinazione. Se il router è in grado di trovare il passaggio successivo nella tabella di routing, aggiunge le informazioni sul livello del collegamento e inoltra il pacchetto; Se non è in grado di determinare il passaggio successivo, scarta il pacchetto e restituisce un'informazione all'indirizzo di origine.

La tecnologia di routing ha essenzialmente due funzioni: trovare i migliori pacchetti di dati di percorso e inoltro. La tabella di routing contiene varie informazioni e l'algoritmo di routing calcola il percorso migliore all'indirizzo di destinazione. Quindi, un meccanismo di inoltro relativamente semplice e diretto invia il pacchetto di dati. Il router successivo continua a inoltrare i dati allo stesso modo e così via, fino a quando il pacchetto non raggiunge il router di destinazione.

Esistono due modi diversi per mantenere la tabella di routing. Uno è l'aggiornamento delle informazioni di routing, in cui vengono pubblicate parte o tutte le informazioni di routing. I router apprendono le informazioni di routing l'una dall'altra, padroneggiando così la topologia dell'intera rete. Questo tipo di protocollo di routing è chiamato protocollo di routing vettoriale a distanza. L'altro è che i router trasmettono le loro informazioni sullo stato di collegamento, imparando l'uno dall'altro per padroneggiare le informazioni di routing dell'intera rete e quindi calcolare il miglior percorso di inoltro. Questo tipo di protocollo di routing è chiamato protocollo di routing dello stato di collegamento.

Poiché i router devono eseguire una grande quantità di lavoro di calcolo del percorso, la capacità di elaborazione del processore per uso generale determina direttamente le sue prestazioni.

Naturalmente, questo vale per i router a metà-bassa, poiché i router di fascia alta usano spesso un'architettura del sistema di elaborazione distribuita.

 

Gli ultimi anni hanno visto molto clamore sulla tecnologia del terzo strato, con tutti che ne parlano. Alcuni sostengono che sia una tecnologia molto nuova, mentre altri affermano che la commutazione di Layer 3 è solo uno stack di router e switch di livello 2, niente di nuovo. È davvero così?

Semplice configurazione di rete

Dispositivo A (usando ip) ----------- layer 3 switch -------- dispositivo B (usando ip)

Ad esempio, se A desidera inviare dati a B e conosce l'IP di destinazione, 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.

Se si trovano nello stesso segmento ma A non conosce l'indirizzo MAC necessario per inoltrare i dati, A invia una richiesta ARP e B risponde con il suo indirizzo MAC. A quindi incapsula il pacchetto di dati con questo indirizzo MAC 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 mostra che non si trova nello stesso segmento, un bisogno di comunicare con B. Se non esiste una voce dell'indirizzo MAC corrispondente nella cache di flusso, il primo pacchetto di dati normale viene inviato a un gateway predefinito. Questo gateway predefinito è generalmente impostato nel sistema operativo e corrisponde al modulo di routing di livello 3. Pertanto, per i dati non nella stessa sottorete, la prima voce dell'indirizzo MAC nella tabella è di solito l'indirizzo MAC del gateway predefinito.

Quindi, il modulo Layer 3 riceve questo pacchetto di dati, interroga la tabella di routing per determinare il percorso per B, costruisce un'intestazione di 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 trigger 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, inoltro multiplo".

A. L'inoltro di dati ad alta velocità è raggiunto attraverso l'integrazione hardware.

B. Questo non è un semplice stack di switch e router di livello 2. Il modulo di routing di livello 3 è impilato direttamente sul bus di backplane ad alta velocità della commutazione del livello 2, sfruttando i limiti di velocità di interfaccia dei router tradizionali, con velocità che raggiungono decine di Gbit/s. Compreso la larghezza di banda del backplane, questi sono due parametri importanti per le prestazioni degli switch di livello 3.

C. Il software di routing semplificato rende il processo di routing più semplice.

D. La maggior parte dei dati di inoltro, ad eccezione della selezione di routing necessaria gestita dal software di routing, è gestita dal modulo Layer 2 ad alta velocità. Il software di routing è per lo più altamente efficiente e ottimizzato, non una semplice copia del software nei router.

 

Gli switch di livello 2 vengono utilizzati nelle piccole reti locali. Questo è evidente. 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.

 

I router sono fantastici per reti di grandi dimensioni perché hanno molti tipi di interfaccia, funzioni di livello 3 forti e potenti capacità di routing. I loro punti di forza includono la selezione dei percorsi migliori, la distribuzione del carico, il backup dei collegamenti e lo scambio di informazioni di routing con altre reti.

 

Il lavoro principale degli switch di Layer 3 è accelerare l'inoltro dei dati nelle grandi LAN e l'aggiunta di funzioni di routing aiuta con questo. 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. L'uso solo degli switch di livello 2 non può ottenere l'accesso inter-network.

 

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

 

In generale, nelle reti con grande traffico di dati interni e requisiti elevati per la risposta rapida di inoltro, se tutto il lavoro viene svolto dagli switch di livello 3, le farà sovraccaricare e influire sulla velocità di risposta. È meglio consentire ai router di gestire il routing inter-network, sfruttando al massimo i punti di forza di ogni dispositivo. Naturalmente, ciò richiede un cliente ben finanziato. Altrimenti, gli switch L3 possono anche gestire la connettività inter-network.