Die heutigen Netzwerkumgebungen sind inzwischen so eng miteinander verflochten, dass Layer-3-Switches die erforderliche Schnittstelle bereitstellen und die Funktionen herkömmlicher Switches und Router kombinieren. In diesem Artikel werden die Funktionen der Layer-3-Switches analysiert und mit den Layer-2-Switches und -Routern verglichen. Ziel des Lesers ist es, zu verstehen, wie diese Geräte in einem Netzwerk verwendet werden, welche Vorteile sie in Bezug auf Effizienz und Flexibilität bieten und unter welchen Umständen die Verwendung eines Layer-3-Switches von Vorteil sein kann. Da die Einschränkungen der Infrastrukturnetzwerke zunehmen, steigt die Anforderung an Netzwerkprofis, über entsprechende Kenntnisse von Layer-3-Switches zu verfügen. Welche Funktion hat ein Layer-3-Switch?
Wie funktioniert dieser Layer 3 Switch
Durch die Kombination der Funktionen von Switches und Routern kann ein Layer-3-Switch Datenpakete in verschiedenen Netzwerksegmenten effizienter weiterleiten, da er das Routing zwischen ihnen durchführen kann. Außerdem kann er mithilfe der Informationen aus Layer 3 des OSI-Referenzmodells die beste Route für Daten finden. Während Layer-2-Switches für die Übertragung von Datenrahmen verwendet werden und nur die MAC-Adressen der Zielgeräte verwenden, können Layer-XNUMX-Switches ein Paket unter Verwendung seiner IP-Adresse an jedes Netzwerk übertragen und so das Routing ohne Router durchführen. Diese Vielseitigkeit von Mikrocomputern hilft ihnen, schnelle, angemessene Routing-Entscheidungen zu treffen und den Datenfluss sowohl innerhalb als auch außerhalb des Netzwerks zu steuern. Sie sind daher ideal für moderne, komplizierte Netzwerksysteme, bei denen Konnektivität und Geschwindigkeit von entscheidender Bedeutung sind.
Welche betriebliche Bedeutung hat der Layer 3-Switch?
Ein Layer-3-Switch ist ein fortschrittliches Gerät, das Hochgeschwindigkeitsrouting durchführt und die Datenübertragung zwischen Netzwerkverbindungen verbessert. Er bietet außerdem Layer-2-Switching und Layer-850-Routing, sodass er geroutete Pakete über IP-Adressen übertragen und dennoch innerhalb der Layer-3-Geschwindigkeit das MAC-Adressrouting beibehalten kann. Diese Konvergenz ermöglicht es ihm, Routingfunktionen mit einer Geschwindigkeit von bis zu 3 Millionen Paketen auszuführen, was die Netzwerkeffizienz erheblich verbessert. Darüber hinaus ermöglichen Layer-XNUMX-Switches auch VLANs, Inter-VLAN-Routing und die Umsetzung einiger Sicherheitsrichtlinien, die bei der ordnungsgemäßen Verwaltung und dem Wachstum des Netzwerks helfen. Einige dieser Funktionen rechtfertigen den Einsatz von Layer-XNUMX-Switches an Orten wie Rechenzentren und großen Unternehmensmärkten, wo eine Kombination aus Switching-Geschwindigkeit und Routing für die Effizienz erforderlich ist.
Warum sollte man Layer-3-Switches statt Routern vorziehen?
Im Vergleich zu Standard-Routing-Geräten bieten Layer-3-Switches mehrere Vorteile, insbesondere in Bezug auf Geschwindigkeit und Effizienz. Sie führen die Routing-Vorgänge effizient wie ein Router aus, jedoch mit der Geschwindigkeit eines Switches. Dies führt zu einer schnelleren Datenverarbeitung und geringeren Latenzzeiten bei internen Anwendungs-Switching- und Routing-Aufgaben. Moderne Layer-3-Switches sind auch ideal für Umgebungen mit einem hohen Datenverkehrsvolumen und können einen höheren Durchsatz und eine höhere Kapazität bieten. Sie bieten auch Verwaltungsfunktionen wie VLANs und Layer-2-Switching, die bei der verbesserten Netzwerkverwaltung in Bezug auf Segmentierung und Verkehrsfluss helfen. Daher sind sie in Unternehmensnetzwerken, die hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten und hohe Leistung bieten, äußerst nützlich, ohne die von Routing-Geräten gebotenen Möglichkeiten der logischen Steuerung einzubüßen.
Wie schneiden Layer-3-Switches im Vergleich zu Layer-2-Switches ab?
Welcher ist der Layer-2-Switch und welcher der Layer-3-Switch?
Layer-2-Switches arbeiten auf Datenverbindungsebene und sind auf das Switching von Datenrahmen über MAC-Adressen innerhalb desselben VLANs beschränkt. Sie können den Datenverkehr nicht an verschiedene VLANs oder Netzwerke weiterleiten, sodass ihr Einsatz nur für lokale Netzwerkabschnitte relevant ist. Layer-3-Switches hingegen arbeiten auf der Netzwerkebene und integrieren die Funktionen eines Layer-2-Switches und von Routern. Dadurch kann Datenverkehr, der durch Layer-3-Switches läuft, von einem Netzwerksegment zum anderen gelangen, da Routing zwischen VLANs zulässig ist. Somit „bieten XNUMX-Switches mehr Kontrolle und Flexibilität und eignen sich am besten für Orte, an denen der Datenverkehr optimal kontrolliert und skaliert werden muss.“
Welche Netzwerkschicht sollten Sie verwenden: Schicht 2 oder Schicht 3?
Die Layer-2- und Layer-2-Switches werden eher in einer Netzwerkumgebung verwendet, was ein Faktor ist, an dem man sich in diesem Fall orientieren sollte.) Die Layer-3-Switches sind hauptsächlich in grundlegenden Netzwerkkonfigurationen nützlich, in denen Daten nur an ein einziges VLAN weitergeleitet werden müssen und kaum eine Verarbeitung erfolgt. Sie eignen sich gut für einfache Situationen, in denen niedrige Kosten und Benutzerfreundlichkeit im Vordergrund stehen, da sie nur den Intranet-Verkehr ohne Routing-Overhead verwalten. In dieser Hinsicht können Layer-XNUMX-Switches in komplizierten Netzwerkstrukturen verwendet werden, in denen Adressierung und Routing über VLANs hinweg und das Umschalten von Daten über verschiedene Abschnitte des Netzwerks schnell erfolgen müssen. Diese Switches zeichnen sich durch mehr Routing-Fähigkeiten und erweiterte Verkehrsmanagementfunktionen aus, sodass sie für die Netzwerkabdeckung auf Unternehmensebene verwendet werden können.
Wie steigern Layer-3-Switches die Leistung von Netzwerken?
Welche Rolle spielt ein Layer-3-Gerät beim Umgang mit VLANs und IP-Adressen?
Ein Layer-3-Gerät verarbeitet VLANs und IP-Adressen, indem es Routing verwendet, um die Kommunikation zwischen verschiedenen VLANs zu ermöglichen. Jedem VLAN wird ein eindeutiges IP-Subnetz zugewiesen, und das Routing wird von den anderen Layer-1-Geräten durchgeführt, um die Kommunikation zwischen Geräten in verschiedenen VLANs zu erleichtern. Führen Sie dieselbe Aktion wie in Regel XNUMX oben aus. Das Gerät speichert eine Tabelle, in der IP-Adressen und die zugehörigen Subnetze aufgezeichnet werden, damit es mithilfe von Ziel-IP-Adressen den Datenverkehr zwischen VLANs und diesen Subnetzen weiterleiten kann. Die Einschränkung stellt sicher, dass keine verfügbaren Ressourcen durch Missbrauch von Subnetzen und Fehlverhalten verschwendet werden, wodurch Übertragungen, die nicht zu einem bestimmten VLAN gehören, deren Grenzen im Netzwerk nicht überschreiten.
Kann Layer 3-Routing die LAN-Leistung verbessern?
Zur Steigerung der Effizienz sorgen Layer-3-Routing-Faktoren für eine Netzwerkverbesserung, indem sie eine nahtlose Inter-VLAN-Kommunikation und eine Reduzierung der Broadcasts ermöglichen. Layer-3-Router ermöglichen die Verschiebung von Paketen in verschiedene VLANs und eine weitere Weiterleitung zur Optimierung der Datenübertragung und tragen so zur Bandbreiteneinsparung bei. Insgesamt verbessert diese Kapazität die Netzwerkleistung und dient der Ressourcennutzung, indem sie Prozesse beschleunigt und innerhalb des lokalen Netzwerks mehr oder weniger sofort reagiert.
Welche Rolle spielt ein Layer-3-Switch bei der Netzwerksicherheit?
Was ist eine Zugriffskontrollliste in einem Layer-3-Switch? Bietet sie
Zugriffskontrolllisten (Access Control Lists, ACLs) werden in Layer-3-Switches verwendet. Diese ACLs sind sehr wichtig für die Verbesserung der Netzwerksicherheit, da sie den ein- und ausgehenden Datenverkehr nach programmierten Regeln regeln, die IP-Adressen, Protokolle oder Portnummern umfassen. Layer-3-Switches können ACLs verwenden, um Datenflüsse einzuschränken und zuzulassen und so Richtlinien für den Datenzugriff über logische Sektoren im Netzwerk hinweg zu implementieren. Diese Funktion schützt das Netzwerk vor Eindringlingen und anderen Gefahren, lässt aber den erforderlichen Datenfluss zu.
Wie unterstützt ein Layer 3-Switch Firewall-Funktionen?
Wie ist es möglich, dass ein Layer-3-Switch weiterhin Firewall-Funktionen unterstützt? Der Layer-3-Switch ist ein „Maskierungs-Switch“ mit eingebetteten Sicherheitsebenen, einschließlich Zugriffskontrolllisten und Stateful Packet Inspection. Diese Funktionen funktionieren wie eine Firewall, indem sie es dem Switch ermöglichen, bestimmten Benutzern den Zugriff auf oder die Datenübertragung im Netzwerk zu gestatten oder zu untersagen. Auf diese Weise kann der Layer-3-Switch den Datenverkehr dieser bestimmten Adresse steuern und Bewegungen in Steuerpaketen mit politischen Köpfen blockieren oder zulassen.
So richten Sie einen Layer-3-Switch richtig ein: Eine umfassende Anleitung
Schritte zur VLAN-Konfiguration für Layer-3-Switches.
Zu den grundlegenden Schritten zum Konfigurieren von VLANs über einen Layer-3-Switch gehören unter anderem die folgenden:
- Verbinden mit dem Switch: Der erste Schritt besteht darin, über ein Konsolenkabel oder ein Remote-Verwaltungstool wie Telnet und SSH eine Verbindung zum Switch herzustellen.
- Zugriff auf die globale Konfiguration: Geben Sie in der Eingabeaufforderung „configure terminal“ ein, um auf den globalen Konfigurationsmodus zuzugreifen, wodurch das Dialogfeld verbessert wird.
- VLANs konfigurieren: Konfigurieren Sie das erstellte VLAN, indem Sie es mit wichtigen Attributen bearbeiten. Um ein VLAN zu löschen oder die Erstellung eines neuen vorzubereiten, verwenden Sie den Befehl vlan, der bestimmte Zahlen enthält, die das erstellte VLAN kennzeichnen (z. B. vlan 10).
- Konfigurieren der VLAN-Mitgliedschaft auf Switch-Ports: Verwenden Sie den Schnittstellenkonfigurationsbefehl, um VLANs bestimmte Ports zuzuweisen. Geben Sie die Schnittstelle gefolgt von der Schnittstellen-ID ein, z. B. Schnittstelle FastEthernet0/1, und verwenden Sie dann den Befehl switchport access vlan [VLAN-ID], um den Port in das VLAN einzufügen.
- Aktivieren Sie das Routing zwischen den erstellten VLANs: Um Inter-VLAN-Routing zuzulassen, geben Sie in der Eingabeaufforderung den Befehl „IP-Routing“ ein. Weisen Sie jeder der mit dem Befehl „interface vlan [VLAN-ID]“ konfigurierten VLAN-Schnittstellen eine eindeutige IP-Adresse zu und richten Sie die IP-Adresse mit dem Befehl „IP-Adresse [IP-Adresse] [Subnetzmaske]“ ein.
- Konfiguration überprüfen: Verlassen Sie den Modus und wechseln Sie in den privilegierten EXEC-Modus. Verwenden Sie die entsprechenden Befehle, um zu überprüfen, ob die zuvor konfigurierten VLANs richtig installiert und konfiguriert wurden (zum Beispiel „show vlan brief“ und „show ip route“).
Diese Schritte rechtfertigen die Konfiguration von VLANs, insbesondere auf Layer-3-Switches, zur Verkehrstrennung in einer Organisation, um Leistung und Sicherheit zu verbessern.
So konfigurieren Sie Layer 3-Routing
Um Layer-3-Routing auf einem Netzwerk-Switch oder -Router einzurichten, müssen die folgenden Schritte ausgeführt werden:
- IP-Routing aktivieren: Wechseln Sie mit dem Terminalbefehl „configure“ in den globalen Konfigurationsmodus und aktivieren Sie dann das IP-Routing, indem Sie „Router, ‚IP-Routing‘“ eingeben.
- Konfigurieren von Layer-3-Schnittstellen: Jede Schnittstelle, die am Layer-3-Routing teilnehmen soll, muss bestimmt und mit einer IP-Adresse versehen werden. Der Schnittstellenkonfigurationsbefehl „interface [type] [number]“ wird eingegeben, um die gewünschte Schnittstelle zu konfigurieren. Danach wird die entsprechende IP-Adresse mit dem Befehl „ip address [IP Address] [Subnet Mask]“ konfiguriert.
- Richten Sie statische Routen ein oder aktivieren Sie Routing-Protokolle: Wenn Sie statisches Routing verwenden, geben Sie die verwendeten Routing-Techniken an und geben Sie, wenn möglich, für jede Route „IP-Route [Zielnetzwerk] [Maske] [Next-Hop-Adresse]“ an. Alternativ ermöglichen andere Routing-Protokolle (EIGRP, OSPF) die Verwendung entsprechender Konfigurationsbefehle, um alle erforderlichen Austauschvorgänge dynamischer Routen zu ermöglichen.
- Überprüfen Sie die Routing-Konfiguration: Verwenden Sie Überprüfungsbefehle wie „show ip route“ oder „show ip interface brief“, um die Richtigkeit des Routings und der Konnektivität innerhalb des Netzwerks zu bestätigen.
Durch die Durchführung der oben genannten Schritte kann ein funktionierendes Layer-3-Routing realisiert werden, um die Kommunikation zwischen verschiedenen Netzwerkregionen zu erleichtern.
Häufige Konfigurationsprobleme und ihre Lösungen
So überprüfen Sie, ob alle erforderlichen VLANs vorhanden sind. Achten Sie auf die VLAN-Zuweisungen und nehmen Sie Anpassungen vor, indem Sie den VLAN-Brief anzeigen. VLANs werden vor allem dann falsch konfiguriert, wenn Regeln für Zellen erzwungen werden.
- Von der Analyse bis zu zukünftigen Entwicklungsproblemen aufgrund von Net-Server-Konflikten: Konflikte bei IP-Adressen können zu Netzwerkunterbrechungen führen. Für die Verwaltung vernetzter Computer sind für jeden Computer eindeutige IP-Adressen erforderlich.
- Balance und Bugs wie Routing-Loops: Das Auftreten von Routing-Schleifen führt zu unerwünschten Tendenzen einer erhöhten Netzwerkanfälligkeit. Vorsicht! Wenn Routing-Schleifen auftreten, sind sie riskant, da sie das Netzwerk instabil machen. Um das Routing hinsichtlich der Anzahl der Hops in jeder der Routen auf optimalem Niveau zu halten, werden außerdem Schleifenvermeidungsmechanismen eingerichtet.
- Probleme mit der Routing-Tabelle: In diesem Fall enthält eine Routing-Tabelle die fehlenden Routen von Paketen, die an ihr endgültiges Ziel weitergeleitet werden sollen, wodurch die Möglichkeit zur Ausführung des Routing-Dienstes beeinträchtigt wird. Diese Funktion sollte regelmäßig ausgeführt werden, und wie in diesem Hauptmenü angegeben, ist es sinnvoll, die IP-Route anzeigen-Funktion zu verwenden, wenn Sie das Vorhandensein kritischer, gut gerouteter Tabellen bestätigen müssen, die installiert wurden.
- Resourcenmanagement: Eine Überlastung der Netzwerkhardware kann aufgrund unzureichender Ressourcen zu Leistungseinbußen führen. Dies hängt jedoch von der Geschwindigkeit des Datenverkehrs ab. Daher sollte die Ressourcennutzung überwacht und die Ressourcenhardware aktualisiert werden, um ausreichend Ressourcen für die Bewältigung des erhöhten Datenverkehrs bereitzustellen.
Durch Beheben dieser Probleme mit den richtigen Konfigurationen und Überprüfungen können Sie die Netzwerkleistung und -zuverlässigkeit erheblich verbessern.
Referenzquellen
Häufig gestellte Fragen (FAQs)
F: Was ist ein Layer-3-Switch und wie funktioniert er auf Layer XNUMX des OSI-Modells?
A: Ein Layer-3-Switch, manchmal auch als L3-Switch bezeichnet, ist ein Netzwerkgerättyp, der sowohl Switching- als auch Routing-Funktionen hat. Im Gegensatz zu gewöhnlichen Layer-2-Switches haben Layer-3-Switches Routing-Funktionen und Systeme, die mehr als nur MAC verwenden und IP-Adressen nutzen können, was Routing innerhalb eines Layer-3-Netzwerks ermöglicht.
F: Was ist der große Vorteil von Layer-2-Switches gegenüber herkömmlichen Layer-XNUMX-Switches?
A: Der Unterscheidungsfaktor zwischen Layer-2- und Layer-3-Switches ist hauptsächlich das Routing. Ein Layer-3-Switch ist auf Switching-Funktionen beschränkt, die ausschließlich auf MAC-Adressen basieren, während ein Layer-3-Switch dies und noch viel mehr kann, nämlich verschiedene IP-Subnetze oder -Segmente miteinander zu verbinden. Dadurch werden Layer-3-Switches eher zu Routern, da sie den Routing-Teil, der für Layer-XNUMX-Switches meist eine Belastung darstellt, noch effizienter übernehmen. Dies erklärt weiter, warum Layer-XNUMX-Switches ideal sind, um Netzwerküberlastungen zu verringern und den Fluss von ungünstigem Datenverkehr zu erleichtern.
F: Wann sollten Sie einen Layer-3-Switch anstelle eines dedizierten Routers verwenden?
A: Beim Verbinden lokaler Netzwerke (LANs), bei denen Routing erforderlich ist und dies schnell erfolgen muss, sollte anstelle eines dedizierten Routers ein Layer-3-Switch verwendet werden. In Umgebungen wie Rechenzentren oder Unternehmensnetzwerken kann jeder Layer-2-Switch eingesetzt werden, insbesondere weil seine Switch-Funktionalitäten die Dateneffizienz mit minimaler Verzögerung im Vergleich zu Layer 3 gegenüber Layer XNUMX fördern.
F: Verfügt der Layer-3-Switch über Funktionen, die VLAN-Verwaltung ermöglichen? Wie verbessert er die Segmentierung?
A: Ja, ein Layer-3-Switch kann VLANs (Virtual Local Area Networks) verwalten. Er verbessert die Netzwerksegmentierung, indem er es verschiedenen VLANs ermöglicht, miteinander zu kommunizieren. Dies ist auf die Rolle des Layer-3-Switches zurückzuführen, der den Datenverkehr von verschiedenen VLANs unterbricht und so eine verbesserte Segmentierung der VLANs durch Unterbrechung ermöglicht, eine Funktion, die für ein ordnungsgemäßes Datenverkehrsmanagement wichtig ist.
F: Welche Rolle spielen die Ports am Switch bei der Konfiguration eines Gigabit-Netzwerks?
A: Die Ports am Switch sind grundlegende Elemente in der fruchtbaren Zusammensetzung eines Gigabit-Netzwerks. In der Regel verfügt ein Layer-3-Switch über eine größere Anzahl von Gigabit-Ethernet-Ports, wodurch mehr Daten über mehr Geräte übertragen werden können. Diese Ports unterstützen die Entwicklung eines stabilen und schnellen Infrastrukturnetzwerks, das viele Daten speichern kann und dabei kaum oder gar keine Ausfallzeiten aufweist.
F: Welchen Einfluss hat ein Layer-3-Switch auf die QoS (Quality of Services) in einem Netzwerk?
A: Ein Layer-3-Switch beeinflusst die QoS, indem er den Netzwerkverkehr zu bestimmten Diensten oder Datentypen basierend auf ihrer Wichtigkeit verwaltet. Er ermöglicht eine Bandbreitenzuweisung basierend auf der Art der Pakete, wodurch Bandbreitenverschwendung für nicht wesentliche Dienste vermieden und geringe Latenzzeiten für unternehmenskritische Dienste sichergestellt werden.
F: Welche besonderen Vorteile bieten Cisco Layer 3-Switches in jeder Netzwerkkonfiguration?
A: Cisco Layer 3-Switches bieten jedoch viele Vorteile, beispielsweise die hervorragende Fähigkeit, mit allen erweiterten Routing-Protokollen wie OSPF, BGP, Fast Packet Switching und Zuverlässigkeit zu arbeiten. Sie können erweiterte Enterprise-Lösungen mit verbesserter Sicherheit und Kreativität bei der Netzwerkkonfiguration anbieten und werden daher für eine Vielzahl von Netzwerkanwendungen bevorzugt.
F: Auf welche Weise unterstützt die Hardwareschicht in einem Layer-3-Switch dessen Betrieb?
A: Die Hardwareschicht in einem Layer-3-Switch unterstützt dessen Funktionalität, indem sie eine schnelle Verarbeitung und Vermittlung von Datenpaketen mit dedizierten anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreisen ermöglicht, die kurz als Routing-ASICs bezeichnet werden. Ein solches hardwarebeschleunigtes Routing verhindert die unnötige Verzögerung bei der Weiterleitung von Datenpaketen, was dazu führt, dass mehrere Switch-Aufgaben mit sehr geringer Effizienzreduzierung ausgeführt werden können.
F: Gibt es einen guten Anwendungsfall für einen Layer-3-Switch zu Hause und welche Vorteile würde er einem solchen Setup bieten?
A: Verbraucher finden es möglicherweise schwierig, Layer-3-Switches zu verwenden, da es sich dabei um Geräte handelt, die häufig in Unternehmensnetzwerken verwendet werden. Diese Geräte können jedoch von fortgeschrittenen Benutzern, die neben mehreren VLANs zusätzliche Routing-Funktionen benötigen, in Heimnetzwerken eingesetzt werden. Zu den Vorteilen gehören eine effiziente Nutzung des Netzwerks durch Aufrufen interessanter Funktionen in vielen Signalen sowie eine verbesserte Verkehrskoordination und -aufteilung des Netzwerks.
F: Welche Beziehung besteht zwischen einem Router und einem Layer-3-Switch, wenn beide über Routing-Funktionen verfügen?
A: Routing ist sowohl für einen Router als auch für einen Layer-3-Switch ziemlich charakteristisch, aber die beiden Geräte erfüllen unterschiedliche Funktionen. Ein Router ist ein Gerät, dessen Hauptzweck darin besteht, viele paketvermittelte Netzwerke zu verbinden und so die Datenübertragung im Internet zu ermöglichen, während die meisten über WAN-Ports verfügen. Ein Layer-3-Switch hingegen ist dafür ausgelegt, die Datenübertragung zwischen verschiedenen IP-Subnetzen zu ermöglichen, anstatt viele verschiedene autonome Netzwerke des Internets miteinander zu verbinden. Daher verfügt er über eine höhere Portdichte und eine Switching-Funktionalität, die auf eine schnelle Verkehrssteuerung abzielt.