Nos ambientes de rede cada vez mais complexos do século XXI, é fundamental conhecer as funções dos diferentes dispositivos de rede para o design e gerenciamento bem-sucedidos da infraestrutura. Dois componentes que aparecem com destaque nas discussões são o switch de Camada 3 e o roteador. Embora tenham características funcionais semelhantes, como recursos de roteamento IP, suas funções são únicas em uma rede. Os switches de Camada 3 são usados principalmente para acelerar o tráfego interno dentro da rede local (LAN), um aspecto crítico de um switch de rede é o roteamento entre VLANs. Enquanto isso, os roteadores transmitem pacotes de dados entre redes, possibilitando a conectividade de rede de longa distância (WAN). Este artigo pretende trazer à tona as distinções técnicas, áreas de aplicação e abordagens práticas para a implantação de switches e roteadores de Camada 3, auxiliando os profissionais de rede a tentar atingir os requisitos específicos da organização e seus necessidades de rede.
O que é um switch de camada 3 e como ele funciona?
A Camada 3 ou switch multicamadas é um switch e um roteador. Ele funciona na camada de enlace de dados e na camada de rede do modelo OSI, que são a camada dois e a camada 3, respectivamente. Otimizados para uso em grandes ambientes de LAN, esses switches são destinados à transferência de dados em alta velocidade. No entanto, um switch de camada 3 pode rotear o tráfego entre diferentes VLANs e eliminar a necessidade de um roteador separado, diminuindo a latência e aumentando a eficiência geral da rede. Em vez de empregar apenas endereços MAC para transmissão de pacotes, como a maioria dos switches convencionais, o switch usa protocolos de roteamento como OSPF ou RIP para tomar decisões de roteamento com base nas informações contidas nos cabeçalhos dos pacotes.
Compreendendo as funções da camada de rede
A camada de rede, Camada 3 no modelo OSI, é responsável pelo roteamento e encaminhamento de pacotes de dados de uma rede para outra. Ela oferece e estabelece as sequências para transferência de dados entre hosts em redes diferentes e diversas, fornecendo as rotas mais eficazes para o fluxo de dados. Tarefas importantes a serem executadas nesta camada incluem endereçamento lógico e, em particular, uso de endereços IP para identificar os dispositivos dentro da estrutura de rede. Ela também encontra a rota de transferência de dados mais eficiente com base nos protocolos de roteamento OSPF, BGP ou RIP. Além dessas tarefas, a camada de rede é envolvida com encaminhamento e comutação de pacotes, que são necessários para a comunicação de origem e destino. Com essas capacidades funcionais, dispositivos de rede como roteadores e switches de Camada 3 fornecem conectividade e melhoram o desempenho em arquitetura de rede complexa.
Como os switches da camada 3 manipulam o roteamento
A Camada 3 possui algumas capacidades geralmente associadas a roteadores, pois eles são capazes de processar pacotes de dados com base na Camada de Rede do modelo OSI. Os switches da Camada 3 usam mecanismos de software e hardware para rotear pacotes de dados entre redes em alta velocidade. Eles diferem dos roteadores, pois a maioria dos roteadores faz funções baseadas em software apenas para roteamento, enquanto os switches da Camada 3 têm roteamento integrado aos componentes de hardware do dispositivo. Isso permite que eles lidem com LANs de alto volume enquanto realizam o processamento de pacotes. Geralmente, os switches da Camada 3 empregam tabelas de rotas e informações de cabeçalho de pacote para facilitar o caminho de roteamento ideal para determinados pacotes de dados. Eles endossam protocolos de roteamento como OSPF, EIGRP e BGP para recursos dinâmicos e de escalabilidade. Esses roteadores podem controlar eficientemente o tráfego entre VLANs e outros segmentos de rede, reduzindo assim a latência e aumentando os níveis de rendimento. Significativamente, os switches da camada três fornecem as funções de switches e roteadores na arquitetura de rede atual, promovendo acesso rápido a links de comunicação em diferentes estruturas.
Benefícios de usar um switch de camada 3 em uma rede local
A implementação de dispositivos de comutação de Camada 3 em Redes Locais (LANs) é fundamental para otimizar a rede e controlar seu desempenho. A escalabilidade de rede aprimorada é uma delas, permitindo que a rede lide com a expansão futura da infraestrutura e o aumento da capacidade de dados com relativa facilidade. Outro benefício está relacionado à redução da latência; como a comutação de camada três pode rotear no nível do hardware, o roteamento de pacotes pode ser feito mais rapidamente do que um roteador. Além disso, eles reduzem a complexidade de uma rede ao fornecer roteamento entre VLANs, que particiona o tráfego de rede enquanto fornece alta largura de banda. Por último, mas não menos importante, integrar o switch e o roteador de camada três em um único dispositivo simplifica o design da rede e reduz significativamente o custo em oposição aos custos incorridos em um switch e um roteador. Esses recursos complementam os protocolos de roteamento dinâmico que os switches de Camada 3 fornecem, tornando-os uma solução completa para LANs, melhorando o desempenho e a eficiência geral.
O que é um roteador e como ele difere de um switch de camada 3?
Funções de um roteador no roteamento de rede
Permitindo a retenção bem-sucedida de dados da fonte para o destino pretendido, os roteadores são responsáveis pela movimentação de pacotes de dados entre redes distintas dentro de seu domínio. Diferentemente dos switches de Camada 3 projetados para uso interno em redes locais (LAN), os roteadores controlam o tráfego em redes de longa distância (WAN) e também em redes diferentes. O roteamento se concentra em encontrar o caminho ideal para transmitir informações por uma rede, levando em consideração a topologia, a largura de banda e a carga de tráfego. Todos os roteadores têm vários protocolos de roteamento que incluem BGP, OSPF e EIGRP, que ajudam a atualizar automaticamente as rotas dependendo da situação da rede. Esses recursos de roteamento são importantes para manter uma comunicação eficaz em grandes áreas. Além disso, não se surpreenda se o roteador tiver um firewall e NAT integrados e se houver a possibilidade de uma VPN.
Compreendendo os protocolos de roteamento e sua importância
As comunicações de rede analisam protocolos de roteamento, que acabam sendo benéficos de alguma forma. Os protocolos de roteamento determinam o caminho ativo a ser usado para troca de dados e o mecanismo para alterar esse caminho, se necessário. Todos os três protocolos, ou seja, Border Gateway Protocol (BGP), Open Shortest Path First (OSPF) e Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP), são diferentes na seleção de rotas e no gerenciamento de rotas devido aos seus diferentes algoritmos. O BGP é usado para notificar informações de roteamento entre sistemas autônomos na internet. A maioria das redes é grande e, portanto, a escala é essencial. O OSPF também é escalável e tem convergência rápida, mas o OSPF é o protocolo de roteamento usado em qualquer sistema autônomo único. Ou seja, o EIGRP é uma mistura dos dois modelos, o que permite a combinação de uma hierarquia ampla e implementação eficiente um tanto proprietária na rede principal. Permitindo respostas dinâmicas a mudanças de rede devido ao tráfego ou topologia de rede, esses protocolos garantem o roteamento ideal para todos os pacotes de dados. Portanto, os protocolos de roteamento devem permitir comunicação contínua e outros mecanismos adaptáveis para garantir a eficiência e robustez necessárias dos sistemas de rede.
Comparando roteadores e switches de camada 3 em ambientes WAN
No entanto, embora tanto os roteadores quanto os dispositivos de comutação de camada três possam desempenhar a função de roteamento ou direcionamento de tráfego em vários segmentos dentro da rede de vasta área (WAN), é essencial compreender suas respectivas distinções e abordagens. Os roteadores são links entre várias redes interconectadas, mas diferentes, eles foram construídos com infraestruturas WAN em mente onde diferentes domínios de rede se encontram e são gerenciados por algoritmos de roteamento complexos para rotear pacotes em topologias de rede complexas. Por outro lado, os switches de camada três possuem alguns recursos de roteamento limitados, juntamente com, mas não exatamente como algumas características essenciais de comutação de dispositivos de camada de enlace de dados que podem acelerar o roteamento de dados em uma grande intranet de organização. Um switch de camada três se comunica facilmente com outros switches e roteadores de backbone; eles são preferidos em relação aos roteadores em ambientes com alta demanda de tráfego e rápida taxa de transferência de dados. No entanto, em contraste com os roteadores, os switches de camada dois são sugeridos para conectar um arco sem fio interno, e os roteadores são sugeridos para conectar a WAN e a Internet. Conhecer essas diferenças permite que os engenheiros de rede escolham o dispositivo certo para uma determinada WAN que atinja uma faixa satisfatória de desempenho, extensibilidade e considerações econômicas.
Compreendendo as diferenças entre switches e roteadores de camada 3
Manipulação de Protocolo: Switch de Camada 3 vs Roteador
Devido ao design e ao uso pretendido, há maneiras específicas nas quais roteadores e switches de Camada 3 diferem em relação ao manuseio de protocolo. Por exemplo, roteadores gerenciam vários protocolos de roteamento, como o Border Gateway Protocol (BGP), Open Shortest Path First (OSPF) e Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP), que facilitam sua implantação em ambientes WAN complexos durante os quais roteamento inteligente e eficiente em várias redes é necessário. Devido a esse nível avançado de suporte de protocolo, roteadores são capazes de sustentar conectividade entre redes onde a comunicação entre diferentes domínios de rede por meio de pacotes de dados é feita com facilidade. Em contraste, switches de Camada 3 têm estruturas de protocolo mais simples onde o objetivo principal é a transferência de dados em alta velocidade dentro de um espaço de rede limitado ou LAN. Os protocolos mais comumente usados incluem Routing Information Protocol (RIP) ou Intermediate System to Intermediate System (IS-IS), que fornecem funcionalidade básica de roteamento para redes internas e, ao fazer isso, aprimoram a transferência de dados em redes internas. Portanto, pode-se dizer que switches de Camada 3 funcionam melhor em ambientes internos homogêneos e rápidos. Ainda assim, o mesmo não pode ser dito de roteadores em WANs, onde a complexidade do protocolo é mais avassaladora.
Comutação vs Roteamento: Principais diferenças operacionais
Ao investigar comutação versus roteamento, os pontos de diferenças operacionais são as características mais distintivas para mim. A comutação está principalmente relacionada à transferência de pacotes da rede local e ocorre dentro do escopo local da rede em que os endereços MAC são usados para encaminhamento de quadros para seus destinatários. Isso significa que os switches funcionam na camada 2 do modelo OSI e são adequados para comunicação interna rápida dentro de uma rede. O roteamento, no entanto, ocorre na camada 3 do modelo OSI e lida com a interconexão de redes encaminhando pacotes de dados para as melhores rotas possíveis usando informações de endereço IP. Os roteadores fornecem esse tipo de meio que interconecta ambientes de rede muito grandes e heterogêneos com a ajuda de algoritmos de roteamento que combinam diferentes protocolos. Assim, a comutação atinge a comunicação dentro de uma única sub-rede com baixa latência, alta velocidade e grande volume de transmissão de dados de pacotes. Ao mesmo tempo, o roteamento envolve cenários de comunicação mais complicados em vários domínios e escopos de rede.
Análise de desempenho: Rede de alta velocidade
A análise agora mudará para redes de alta velocidade, ao mesmo tempo em que aponta alguns fatos extraídos de fontes on-line confiáveis. Primeiro, as redes de alta velocidade são focadas principalmente na redução da latência e no aumento das taxas de transferência de dados. Elas geralmente usam tecnologias como fibra óptica e interfaces de alta largura de banda, que são essenciais para a implantação de switches de rede. Isso é intrínseco ao uso de Políticas de Qualidade de Serviço para gerenciar a priorização e a transmissão de dados de forma eficaz. Além disso, a implantação de topologias de rede que permitem o dimensionamento da largura de banda disponível reduz os efeitos de gargalo. Como resultado, os aprimoramentos de desempenho dos dispositivos gerenciam efetivamente grandes volumes de dados sob qualquer condição operacional de rede, principalmente quando um switch Ethernet é usado.
Quando usar um switch de camada 3 em vez de um roteador
Cenários para otimização de rede local
Usar um switch de Camada 3 em vez de um roteador é ideal em três cenários de implementação principais. Primeiro, quando a inter-VLAN está no centro de todo o design, os switches de Camada 3 são necessários para aumentar o desempenho da LAN, mantendo a comunicação inter-VLAN dentro do switch, enquanto interferem em dispositivos de roteamento adicionais. Segundo, para redes de grande largura de banda que precisam de uma redução na complexidade da administração de rede, os switches de Camada 3 integram os processos de roteamento e comutação e aumentam a eficiência, minimizando as complexidades. Por fim, para utilização de baixo custo por empresas, a implantação de switches de Camada 3 é vantajosa porque eles têm latências e custos operacionais mais baixos do que os roteadores convencionais, mas mantêm as capacidades sólidas de um roteador.
Considerações sobre eficiência de custos e densidade de portas
Os switches da Camada 3 são mais econômicos do que os roteadores, ao mesmo tempo em que fornecem capacidades comparáveis, especialmente em cenários de LAN. Eles oferecem funções de roteamento e comutação em uma unidade de hardware, o que reduz os dispositivos e, portanto, diminui o custo operacional de toda a estrutura da rede. No entanto, a densidade de portas também é importante, pois os switches da Camada 3 tendem a ter mais portas do que os roteadores quando vários dispositivos precisam ser conectados. Essa densidade de portas aumentada permite melhor escalabilidade e equilibrará a carga de uma necessidade crescente na rede com uso mais eficiente de recursos e menores custos de infraestrutura.
Integrando VLANs com switches de camada 3
Efeitos da integração de VLANs possuíam esses switches porque eles são configurados para habilitar o roteamento de tráfego entre as VLANs. Em linha com as melhores práticas, ele começa configurando as definições de porta apropriadas em switches da Camada 3 que são capazes de funcionar como dispositivos da Camada 2 também. Algumas das etapas necessárias incluem a ativação do roteamento de VLAN, o que pode ser feito quando o roteamento entre VLANs é definido no switch. Para permitir as funções de roteamento, as transmissões dessas interfaces ou endereços de transmissão de VLANs (também conhecidos como interfaces virtuais comutadas SVIs) são atribuídos a cada uma das VLANs. De uma perspectiva técnica, a atividade de implantação de VLANs em switches da Camada 3 é vantajosa, pois reduz a carga de gerenciamento de funções de roteamento e comutação em seus contatos, mas também facilita o encaminhamento de pacotes de uma sub-rede para outra sem a necessidade de roteadores. Às vezes, atualizar o firmware e seguir as melhores práticas para proteger a rede também pode melhorar o desempenho e a confiabilidade da integração de VLAN na rede.
Misture e combine: é possível substituir roteadores por switches de camada 3?
Compreendendo a coexistência de switch e roteador
Embora switches e roteadores sejam partes de uma rede de computadores moderna, eles têm propósitos diferentes. Switches de camada 3, que são uma síntese de elementos de comutação e roteamento, são soluções bastante econômicas para ambientes com espaço limitado que exigem altas densidades de porta e gerenciamento de rede adicional. No entanto, esse não é o caso em todos os casos; algumas configurações podem ser melhor atendidas pelo roteamento. De acordo com as principais fontes, os roteadores se encaixam completamente no critério quando há necessidade de unir conectividade insuficiente entre diferentes redes e aprimorar mecanismos de roteamento, como BGP ou links externos para uma WAN. Os switches têm vantagens claras na segmentação de rede interna e são usados para interconectar dispositivos em uma rede. Consequentemente, muitas organizações e suas necessidades optaram por um compromisso. Ou seja, os switches de camada 3 fornecem serviços como interconexão de dispositivos de rede interna, enquanto os roteadores sobre interconexões externas aumentam a confiabilidade geral da rede em diferentes designs de rede.
Explorando a integração da camada 2 e da camada 3
Integrar a Camada 2 e a Camada 3 na arquitetura de rede melhora a eficiência operacional e expande a complexidade dos ambientes fornecidos. Os switches da Camada 2 são geralmente usados para alternar quadros de dados com base em endereços MAC, que são muito aplicáveis à interação dentro de uma rede local (LAN) e à latência associada. Ao mesmo tempo, a camada 3 adicionou capacidade, pois esses switches são roteadores e podem executar uma função com endereços IP, facilitando as comunicações entre diferentes VLANs e a segmentação eficaz da rede. Como os principais sites atuais indicam, uma estratégia de integração ideal é implantar switches da Camada 3 para roteamento e segmentação de tráfego local e fornecer roteamento IP através das vértebras sem outros dispositivos de roteamento. Este método também reduz os projetos de rede e o nível de congestionamento. No entanto, considerando a natureza das redes modernas, os switches da Camada 3 devem ser implantados com base em requisitos de rede específicos. Na maioria dos casos, muitos roteadores internos podem ser necessários; portanto, os switches da camada 3 são bem implantados, mas os roteadores tradicionais ainda são necessários quando protocolos de roteamento sofisticados externos são necessários.
Futuro da infraestrutura de rede com switches de camada 3
No futuro, a utilização de switches de Capa 3, que oferecem enrutamiento dentro do processo de intercâmbio, parece que muda o paradigma de redes tradicionais mais robustas, ao oferecer maior escalabilidade e eficiência e complexidade reduzida. À medida que as redes se tornam cada vez maiores e mais complicadas, os interruptores do Capa 3 têm a função de enrutador, mas incorporam o enrutamiento no processo de comutação próprio. Isso ajuda a reduzir a carga de roteamento e fornece uma segmentação de VLAN mais eficaz, bem como um melhor gerenciamento de tráfego interno para expandir sem problemas o número de switches e nenhum roteador externo. Além disso, o controle e a segurança da rede estão em seu lugar de origem. Com o desenvolvimento do SDN, os switches do Capa 3 também estão se tornando muito mais flexíveis e se adaptando para trabalhar em configurações de rede dinâmicas ou virtualizadas. Em última instância, seu aplicativo pode simplificar o funcionamento das redes, reduzir os gastos e criar bases para ganhar dinheiro e gastar dinheiro многозлач_deny[ надежный, и устойчивой сети в коммер ческих ou корпоративных средах.
Fontes de Referência
Perguntas Frequentes (FAQs)
P: Qual é a diferença entre um switch de camada três e um roteador?
R: Suas principais diferenças estão relacionadas principalmente ao seu propósito principal, bem como às camadas OSI nas quais funcionam. Os switches da camada 3 desempenham as funções de um roteador e outro switch da camada dois, colocando-se entre a camada de link de dados (camada 2) e a camada de rede (camada 3). A função principal dos roteadores é trabalhar na camada 3; portanto, sua preocupação é o roteamento por diferentes redes. Os switches da camada 3 são projetados para ambientes de redes locais (LAN) e, portanto, têm encaminhamento de pacotes eficiente, enquanto os roteadores são mais do que capazes devido às conexões WAN.
P: Quais são as diferenças entre o encaminhamento de pacotes em um switch de camada três e um roteador?
R: O encaminhamento de pacotes em um switch de camada três é geralmente mais rápido do que em um roteador. Os switches de camada 3 no nível de ASICs fazem um esforço para consultar tabelas de roteamento e encaminhar pacotes na velocidade do fio. CPUs subordinadas, geralmente unidades de uso geral, são usadas como roteadores no processamento de pacotes; no entanto, isso é muito mais lento. Embora possam fazer isso, os roteadores fornecem um protocolo de roteamento mais sofisticado que pode tomar mais decisões de roteamento em um ambiente de rede de longa distância (WAN).
P: Existem condições nas quais um switch de camada três é uma escolha melhor do que um roteador e vice-versa?
R: Os switches da Camada 3 possuem os atributos para serem alternativas aos roteadores em alguns casos, mas não serão ideais para todos os posicionamentos. Os switches da Camada 3 operam excepcionalmente bem para redes de grande área que exigem grandes níveis de velocidade; no entanto, outras funções mais avançadas, como as encontradas em roteadores, estão ausentes. Os roteadores são mais adequados para links WAN, onde vários parâmetros de roteamento estão envolvidos, ou mesmo quando recursos como Network Address Translations, juntamente com VPNs e recursos de segurança extensivos, são necessários.
P: Onde um switch de camada três ou um roteador de camada 3 pode ser usado no modelo OSI e por quê?
R: No modelo OSI, os switches da camada dois funcionam apenas na camada de link de dados, transferindo dados com base nos endereços MAC. Na melhor das hipóteses, eles podem ser colocados na mesma linguagem que os raios da roda. É aí que a função dos switches da camada 2 permite domínios de colisão distintos, mas apenas um domínio de transmissão é estabelecido. Os switches da camada 3, além das funcionalidades da camada dois, também podem executar o roteamento de tráfego para diferentes VLANs ou sub-redes com a ajuda de endereços IP. Os roteadores são frequentemente associados a essas funções, e é por isso que eles também podem fazer isso: eles criam e regulam domínios de transmissão e segmentam e definem o escopo da rede.
P: Quais benefícios parecem advir dos switches de camada três quando comparados aos roteadores tradicionais?
R: Os switches de Camada 3 oferecem vários benefícios em relação aos roteadores convencionais, como maiores taxas de encaminhamento de pacotes, portas mais altas para roteamento entre VLANs e atrasos de latência mais baixos. Eles são particularmente adequados para grandes ambientes de LAN, onde o roteamento rápido entre várias VLANs é essencial. Os roteadores de Camada 3 com várias portas Ethernet também provavelmente serão economicamente desfavoráveis para implantações de alta densidade; em vez disso, os switches de Camada 3 seriam mais econômicos.
P: É possível interconectar switches de camada dois e três em uma rede?
R: Absolutamente, switches de Camada 2 e Camada 3 podem coexistir em uma determinada rede. Na verdade, isso é uma ocorrência muito comum na maioria das arquiteturas de rede. Os switches de Camada 3 são usados como switches de núcleo e distribuição para obter roteamento inter-vlan e conectividade de alta velocidade em diferentes LANs. Os switches de Camada 2 podem então ser colocados na camada de acesso, onde conectam dispositivos finais à rede. Com um design tão estratificado, as cargas de tráfego na rede são controladas e segmentadas adequadamente.
P: Os switches da Camada 3 têm os mesmos recursos de roteamento de um roteador? Existe alguma diferença?
R: Tanto os switches de camada três quanto os roteadores são dispositivos de roteamento IP; no entanto, há algumas distinções no que eles podem fazer. Por exemplo, na maioria dos casos, os roteadores suportam um conjunto mais abrangente de protocolos de roteamento e recursos mais avançados úteis para situações de roteamento mais complexas em outros ambientes WAN. Eles também têm recursos avançados, como inspeção profunda de pacotes e funções de firewall robustas. Os switches de camada 3 podem atender às necessidades de roteamento da maioria das terras, mas limitam o número de rotas ou a complexidade da lógica de roteamento que pode ser empregada.
P: Quais critérios devem ser considerados ao selecionar um roteador e um switch de camada três?
R: O tamanho da rede, padrões de tráfego, protocolos de roteamento mistos, requisitos de segurança e escalabilidade podem influenciar amplamente a decisão se a escolha for entre roteador e switches de camada três. Os switches de camada três permitem roteamento inter-VLAN de núcleo mais rápido e, portanto, são melhores em grandes ambientes de LAN com tráfego pesado de roteamento inter-VLAN. Em cenários de WAN, o roteamento mais complexo, com muitos canais, geralmente é feito no roteador. Como último fator, lembre-se das portas necessárias, pois os switches de camada 3 têm uma densidade de portas maior do que os roteadores em geral.