Каковы различия между переключателем уровня 3 и маршрутизатором?

Каковы различия между переключателем уровня 3 и маршрутизатором?
Многие друзья спрашивают, в чем разница между маршрутизатором иПереключатель слоя 3? Это отличный вопрос, и сегодня инженеры Кобтеля здесь, чтобы предоставить самое профессиональное и подробное объяснение.

 

Когда переключатель получает данные, он проверяет MAC -адрес назначения, а затем пересылает данные через интерфейс, подключенный к хосту назначения. Переключатель может сделать это, потому что он имеет встроенную таблицу MAC-адресов, которая записывает переписку между всеми MAC-адресами в сети и портами коммутатора. Когда необходимо пересылать кадр данных, коммутатор просмотрите MAC -адрес назначения в таблице MAC -адресов, чтобы найти соответствующий порт, то есть, зная, какой порт на коммутаторе подключено устройство с этим MAC -адресом, а затем переключает рамку данных из этого порта.

1. Переключатель устанавливает отображение между исходным MAC -адресом в рамке полученных данных и портом коммутатора и записывает его в таблицу MAC -адреса.

2. Переключатель сравнивает MAC -адрес назначения в кадре данных с установленной таблицей MAC -адресов, чтобы решить, какой порт переадресован кадр данных.

3. Если MAC -адрес назначения в кадре данных не находится в таблице MAC -адресов, кадр данных перенаправляется на все порты. Этот процесс называется наводнением (где кадр данных отправляется во все порты).

4. Транслятельные и многоадресные рамы передаются во все порты.

 

Пример: сеть показана на рисунке 1.

Рисунок 1 Таблица адреса переключателя

Таблица 1: Таблица отображения порта/MAC -адреса

 

Например, если Host PC1 отправляет кадр данных на хост PC7. После того, как кадр данных отправляется на переключатель, переключатель сначала проверяет таблицу MAC -адреса и обнаруживает, что хост PC7 подключен к интерфейсу e 0/24, поэтому он направляет кадр данных из интерфейса e 0/24.

 

АEthernet SwitchИзучает MAC -адрес каждого подключенного устройства и сохраняет этот адрес вместе с соответствующим портом в буфере коммутатора, создавая таблицу MAC -адресов.

Когда адрес назначения кадры данных находится в таблице MAC -адресов, он перенаправляется в порт, подключенный к узлу назначения, а не на все порты (если кадр данных является трансляцией/многоадресной рамкой, он перенаправляется на все порты).

 

Когда переключатель включает в себя избыточный цикл, переключатель Ethernet использует протокол охватывающего дерева, чтобы избежать генерации петли, позволяя существовать пути резервного копирования.

 

 

Технология переключения уровня 2 относительно зрелая.Переключатели слоя 2Являются ли устройства слоя передачи данных, которые могут распознавать информацию MAC -адреса в пакетах данных, прямо на основе MAC -адресов и записывать эти MAC -адреса и соответствующие порты во внутренней таблице адресов.

 

Конкретный рабочий процесс заключается в следующем:

(1) Когда переключатель получает пакет данных из определенного порта, он сначала считывает исходный MAC -адрес в заголовке пакета, чтобы узнать, к какому порту, к которому подключен машина Source MAC -адрес.
(2) Затем он считывает MAC -адрес назначения в заголовке пакета и просматривает соответствующий порт в таблице адресов.
(3) Если в таблице есть соответствующий порт для этого MAC -адреса назначения, пакет данных напрямую скопирован в этот порт.
(4) Если соответствующий порт не найден в таблице, пакет данных транслируется во все порты. Когда машина назначения отвечает на исходную машину, переключатель может узнать, какой порт соответствует MAC -адресу назначения, поэтому данные в следующий раз передаются, ему больше не нужно транслировать все порты.

Непрерывно ездить на велосипеде в этом процессе, переключатель уровня 2 может изучать всю информацию о MAC -адресах в сети и, таким образом, установить и поддерживать собственную таблицу адресов.

 

(1) Поскольку переключатель одновременно обменивается данными на большинстве портов, он требует очень широкой пропускной способности шины. Если переключатель слоя 2 имеет n-порты, каждый с полосой пропускания M, пропускная способность шины выключателя должна превышать N × M для переключателя для достижения переключения скорости линии.
(2) Изучение MAC -адреса машины, подключенного к каждому порту, и написания его в таблице адресов. Размер таблицы адресов (обычно представляется двумя способами: один - буферный ОЗУ, другой является количество записей таблицы Mac) влияет на емкость доступа коммутатора.
(3) Большинство коммутаторов уровня 2 содержат ASIC чипов, специально предназначенные для обработки передачи пакетов данных, поэтому скорость пересылки может быть очень быстрой. Поскольку разные производители используют разные ASIC, это напрямую влияет на производительность продукта.

 

Переключение уровня 3 работает на сетевом уровне модели OSI. Он использует информацию о пакетах IP в протоколе третьего слоя, чтобы отметить последующие потоки службы данных. Последующие пакеты того же маркированного потока сервиса переключаются на уровень канала передачи данных второго слоя, тем самым открывая путь между IP-адресом источника и IP-адресом назначения. Этот путь проходит через слой канала второго слоя. С помощью этого пути переключателям уровня 3 не нужно распаковать каждый полученный пакет данных, чтобы определить маршрут, но могут непосредственно пересылать пакет данных и переключить поток данных.

Например
Предположим, что хочет отправить данные в B, зная IP -ip. Затем A использует маску подсети для получения сетевого адреса, и определяет, находится ли IP -сегмент назначения в том же сегменте сети, что и он сам.

Устройство A с использованием ip ------------ слоя 3 Switch ---------------- Устройство B с использованием IP

Если они находятся в одном сегменте сети, но A не знает MAC -адрес, необходимый для пересылки данных, отправляет запрос ARP, а B возвращает свой MAC -адрес. A использует этот MAC -адрес для инкапсуляции пакета данных и отправляет его на коммутатор. Переключатель активирует модуль переключения слоя 2, просмотр таблицы MAC -адресов и перенаправляет пакет данных в соответствующий порт.

Если IP -адрес назначения указывает, что он не находится в одном сегменте сети, то необходимо общаться с B. Если в кэше потока нет соответствующей записи MAC -адреса, первый обычный пакет данных отправляется на шлюз по умолчанию. Этот шлюз по умолчанию (маршрут по умолчанию сети) обычно устанавливается в операционной системе и соответствует модулю маршрутизации третьего слоя. Следовательно, для данных, не являющихся в одной и той же подсети, первым MAC -адресом, размещенным в таблице Mac, является MAC -адрес шлюза по умолчанию. Затем модуль маршрутизации третьего слоя получает этот пакет данных, запрашивает таблицу маршрутизации, чтобы определить маршрут к B, создает новый заголовок кадра с MAC-адресом шлюза по умолчанию в качестве исходного MAC-адреса и MAC-адреса B в качестве MAC-адреса назначения. Благодаря определенному механизму триггера распознавания переписка между MAC -адресами A и B и портом переадресации установлена ​​и регистрируется в таблице кеша потока. Последующие данные от A на B обрабатываются непосредственно модулем переключения уровня 2. Это обычно называют «единовременной маршрутизацией, многочисленными обменами».

 

а Высокоскоростная пересылка данных достигается за счет аппаратной интеграции.
беременный Это не простая суперпозиция переключателя слоя 2 и маршрутизатора. Модуль маршрутизации уровня 3 непосредственно наложен на высокоскоростную шину задней пластины переключателя уровня 2, прорывая предел скорости интерфейса традиционного маршрутизатора, со скоростью до десятков GBI/с. Включая пропускную способность Backplane, это два важных параметра производительности переключателя уровня 3.
в Упрощенное программное обеспечение маршрутизации упрощает процесс маршрутизации.
дюймовый Большая часть передачи данных, за исключением необходимого выбора маршрутизации, обрабатываемого программным обеспечением маршрутизации, обрабатывается модулем уровня 2 на высокой скорости. Программное обеспечение для маршрутизации в основном высокоэффективно и оптимизированное программное обеспечение, а не простая копия программного обеспечения на маршрутизаторах.

Поэтому:
Переключатель уровня 2: на основе MAC -адреса
Переключатель уровня 3: с функциональностью VLAN (виртуальные локальные сети), переключение и маршрутизация, основанная на IP, IE, сети.

 

Маршрутизатор - это устройство уровня 3, но переключатель слоя 3 может работать одновременно как на слое 3, так и на уровне 2.

 

Фактически, существуют значительные различия между переключателями уровня 3 и маршрутизаторами:

 

Хотя оба переключателя уровня 3 и маршрутизаторы имеют функции маршрутизации, их нельзя приравнивать. Маршрутизаторы не только имеют функции маршрутизации, но и предоставляют порты коммутатора и дополнительные аппаратные функции брандмауэра, стремясь сделать устройство более универсальным и практичным.

Подобно переключателям уровня 2, переключатели уровня 3 в основном обрабатывают переключение данных, но они также имеют некоторые основные функции маршрутизации. Переключатели уровня 3 объединяют переключение данных с возможностями маршрутизации, но их основной функцией по -прежнему является переключение данных; в то время как маршрутизаторы имеют только основную функцию пересылки маршрутизации.

 

Функция маршрутизации переключателей слоя 3 обычно проста, потому что в основном они сталкиваются с простыми соединениями локальной сети. Их черты гораздо менее сложны, чем маршрутизаторы. Их основное использование в LAN - обеспечить быстрый переключение данных, что важно для частых обменов данных.

Маршрутизаторы, с другой стороны, также подходят для соединений между локальными баллами, но их функция маршрутизации больше отражается в взаимосвязи между различными типами сетей, такими как соединения между LAN и WAN, соединениями между сетями с различными протоколами и т. Д. Кроме того, маршрутизаторы имеют очень богатое разнообразие типов интерфейса для подключения к различным типам сетей, в то время как переключатели слоя 3 обычно имеют только одинаковый тип интерфейсов LAN, что очень просто.

 

Существует значительная разница в операциях переключения пакетов данных между маршрутизаторами и переключателями уровня 3.
Маршрутизаторы обычно выполняют переключение пакетов данных на основе сетевых процессоров или многоядерных двигателей маршрутизации.
Переключатели уровня 3 выполняют переключение пакетов данных с помощью специализированного оборудования. После того, как первый пакет данных отправляется в плоскость управления для поиска маршрутизации, переключатель уровня 3 будет генерировать таблицу отображения MAC -адресов и IP -адресов для поиска плоскости данных. Когда тот же поток данных снова пройдет, он будет рассмотреть эту таблицу, чтобы пройтись, вместо того, чтобы отправить ее в плоскость управления для снова поиска маршрутизации (т.е. «Единственная маршрутизация, несколько обменов»).

 

Это повышает эффективность пересылки пакетов данных. Поиск маршрутизации переключателей уровня 3 предназначен для потоков данных, и он легко использует технологию кэширования и технологию ASIC для реализации, что значительно экономит затраты и достигает быстрого перенаправления.
Однако маршрутизаторы используют более сложный метод самого длинного совпадения для пересылки, который реализован с использованием дорогих сетевых процессоров или многоядерных процессоров, а количество таблиц маршрутизации огромно, что приводит к значительным затратам.

 

Переключатели слоя 2 идеально подходят для небольших локальных серий. В небольших локальных сети вещательные пакеты имеют небольшое влияние, а функция быстрого переключения, многократные порты доступа и низкая цена коммутаторов уровня 2 обеспечивает очень полное решение для небольших пользователей сети.

Наиболее важной функцией коммутаторов уровня 3 является ускорение быстрого пересылки данных в больших локальных сети, а добавление функций маршрутизации также служит этой цели. Если большая сеть разделена на небольшие локальные сети в соответствии с такими факторами, как департаменты и регионы, это приведет к большому количеству межсетевого доступа. Простое использование переключателей уровня 2 не может достичь межсетевого доступа;

Если используются только маршрутизаторы из -за ограниченного количества интерфейсов и медленной скорости перенаправления, это ограничит скорость и масштаб сети. Использование переключателей уровня 3 с функциями маршрутизации и быстрой пересылки становится предпочтительным выбором.