Современные сети становятся все более сложными, и выбор подходящего сетевого оборудования стал критически важным. Одно из самых основополагающих решений, которое должны принять сетевые инженеры, — внедрять коммутаторы уровня 2 или уровня 3. Каждый тип коммутатора имеет свои преимущества, технические возможности и приложения, адаптированные для определенных сетевых сред. В руководстве, которое вы читаете, эти различия разделены, чтобы вы могли сделать обоснованный выбор в соответствии с вашими сетевыми требованиями. Цель этой статьи — внести ясность в вопрос о том, какой тип коммутатора наиболее подходит для различных конфигураций. Понимание различий между коммутаторами уровня 2 и уровня 3 имеет решающее значение для оптимизации сети малого бизнеса или обширной корпоративной инфраструктуры. Эти различия обеспечивают эффективность, масштабируемость и производительность сети.
Что такое Переключатель уровня 2 и как это работает?
Коммутатор уровня 2 функционирует на уровне канала передачи данных модели OSI и отвечает за пересылку данных в локальной сети (LAN). Коммутаторы уровня 2 используют адреса MAC (Media Access Control) для определения пункта назначения пакетов данных и обеспечения их пересылки на правильное устройство. Коммутаторы уровня 2 создают таблицу ассоциаций MAC-адресов и портов, которая позволяет им контролировать трафик без необходимости распространять информацию на каждое подключенное устройство. Такой метод снижает нагрузку на сеть и повышает ее общую производительность. Коммутаторы уровня 2 идеально подходят для поддержки связи между устройствами, расположенными в одном сегменте сети, таким образом становясь основными строительными блоками для локальных сетей.
Как Переключатель уровня 2 Работает в Cеть
Функции коммутатора уровня 2 основаны на использовании MAC-адресов устройств для маршрутизации данных в локальной сети. Он отслеживает входящие кадры, сохраняет исходный MAC-адрес из входящих кадров в своей таблице MAC-адресов и связывает этот исходный MAC-адрес с соответствующим портом. При пересылке данных коммутатор проверяет соответствующий порт на предмет MAC-адреса назначения, что позволяет коммутатору отправлять данные напрямую получателю данных без ненужного трафика. Этот процесс уменьшает нежелательный поток данных и гарантирует эффективную связь между двумя или более устройствами в одном сегменте локальной сети.
Роль MAC-адрес в Переключатель уровня 2
Часть коммутатора уровня 2, которая функционирует как контроллер сетевого интерфейса (NIC) во время коммутации кадров данных и сетевое общение это MAC-адреса, которые тесно связаны с MAC-адресом, глубоко смешиваясь с канальным уровнем диаграммы OSI. Каждый MAC-адрес служит идентификатором для сетевого устройства и каждой интерфейсной карты. В коммутаторе уровня 2 MAC-адрес заложил основу, на которой была сформирована таблица MAC-адресов. Эта таблица действует как динамическая поисковая система, с помощью которой можно получить несколько MAC-адресов. Коммутатор получает кадр данных, таблицу, когда коммутатор получает датаграмму, и ожидается, что эти таблицы будут использоваться для отслеживания MAC-адресов в портах для оптимизированной маршрутизации в локальной сети класса. ___________ Современные коммутаторы MAC-адресов уровня 2 могут поддерживать тысячи MAC-адресов, что повышает гибкость и масштабируемость. Например, некоторые коммутаторы корпоративного уровня с плотным развертыванием устройств расширяют более 3200 MAC-адресов или около того. Кроме того, коммутаторы могут реализовывать или предусматривать время старения, в течение которого MAC-адреса в таблице, не используемые в течение некоторого времени, очищаются и, следовательно, отменяют вероятность переполнения памяти и проблему эффективности.
Сегментация VLAN (виртуальной локальной сети) — еще одна деятельность, связанная с MAC-адресами. Фильтрация на основе MAC-адресов и маркировка VLAN позволяют коммутаторам уровня 2 контролировать поток трафика в виртуализированных сегментах сети, что приводит к улучшению безопасности и производительности. Эти функции показывают, как возможности MAC-адресов выходят за рамки простой пересылки данных, а активно участвуют в управлении трафиком и коммуникациями в очень сложной сетевой системе.
Коммутаторы уровня 2 используют технологию MAC-адресации для улучшения доступа к сети, ограничения объема широковещательной передачи и оптимизации потока информации, что позволяет коммутаторам играть важную роль в современных сетевых системах.
Преимущества и ограничения Коммутаторы уровня 2
Преимущества коммутаторов уровня 2
Повышенная эффективность сети
Коммутаторы уровня 2 используют коммутацию на аппаратном уровне через схемы MAC-адресов, применяя эффективные по времени методы пересылки пакетов данных в отличие от методов маршрутизации, зависящих от программного обеспечения. Это снизит задержку сети, а ее производительность повысится по отношению к локальным средам, которые тонко настроены.
Минимизированный сетевой трафик
Коммутаторы уровня 2 создают несколько доменов коллизий, обеспечивая эффективную сегментацию сети, которая помогает устройствам в одном широковещательном домене обмениваться трафиком более свободно, тем самым снижая перегрузку.
Соответствие цены и качества
Коммутаторы уровня 2 по сравнению с коммутаторами уровня 3 или маршрутизаторами дешевле. Это делает их подходящими для малых и средних предприятий, которые ищут эффективные и экономичные сетевые устройства.
Снижение сложности установки и настройки
Обычно для работы коммутаторов уровня 2 требуются только базовые настройки, что упрощает для сетевых менеджеров установку устройств по сравнению с коммутаторами более высокого уровня.
Возможности поддержки VLAN
Поддержка виртуальных локальных сетей (VLAN) распространена среди коммутаторов уровня 2. Это помогает сегментировать сеть и облегчает управление логическими группировками в одной физической сетевой инфраструктуре, что упрощает их обслуживание.
Повышенная масштабируемость для локальных сетей
Коммутаторы уровня 2 позволяют ИТ-отделам расширять свои локальные сети без существенной перенастройки, что позволяет организациям синхронизироваться с ростом бизнеса.
Проблемы коммутаторов уровня 2
Ограниченная поддержка связи между VLAN
Коммутаторы уровня 2 ограничены действиями по передаче данных и не могут выполнять маршрутизацию между VLAN, поэтому для связи VLAN необходим маршрутизатор или коммутатор уровня 3.
Увеличение трафика вещания
В пределах своего широковещательного домена коммутаторы уровня 2 передают двунаправленный трафик. Эта деятельность потребляет полосу пропускания и снижает производительность в более крупных сетях с большим количеством устройств, что приводит к увеличению накладных расходов.
Использование коммутаторов в качестве точек соединения в сети представляет собой серьезную проблему безопасности из-за таких недостатков, как уязвимость к внешним атакам, если MAC-адрес уровня 2 не защищен.
Коммутаторы уровня 2 остаются в одном широковещательном домене, что делает их уязвимыми для внешних атак, таких как подмена ARP и лавинная атака MAC, что ставит под угрозу целостность и безопасность сети.
Отсутствие сложных вариантов маршрутизации
Устройства уровня 3, в отличие от коммутаторов уровня 2, поддерживают протоколы динамической маршрутизации (например, OSPF и BGP), которые необходимы для сложных топологий сетей. Поэтому расширенные возможности перемаршрутизации не управляются коммутатором уровня 2.
Неприменимо для глобальных сетей
Для упрощения работы малых и средних сетей работа на уровне 2 является полезным вариантом. Однако из-за ограничений в межсетевой коммуникации или маршрутизации для крупномасштабных сетей требуются усовершенствованные устройства, что делает эти коммутаторы непригодными.
Учет этих плюсов и минусов позволяет проектировщикам сетей стратегически размещать коммутаторы уровня 2 в своей инфраструктуре, удовлетворяя при этом потребности в производительности, масштабируемости и безопасности.
Как работает Переключатель уровня 3 Отличаются от Переключатель уровня 2?
Понимание Маршрутизация уровня 3 Обработка и услуги
Определяющим различием между коммутатором уровня 3 и коммутатором уровня 2 является способность коммутатора уровня 3 выполнять функции маршрутизации. Коммутаторы уровня 2 работают исключительно в пределах одной сети, пересылая данные на соответствующие MAC-адреса из соответствующего домена, тогда как коммутаторы уровня 3 могут маршрутизировать трафик между различными сетями с использованием IP-адресов. Возможность выполнять маршрутизацию позволяет повысить качество принятия решений, особенно в сегментации и эффективности сети. Коммутатор уровня 3 — это устройство, которое выполняет как функцию коммутации устройства уровня 2, так и функцию маршрутизации обычного маршрутизатора, что делает коммутатор уровня 3 более универсальным, чем стандартный маршрутизатор. Эти характеристики позволяют коммутатору уровня 3 преуспеть в корпоративных средах, требующих интенсивной внутрисетевой и межсетевой связи.
Сравнение Слой 2 против слоя 3 in Cеть Эффективности
Что касается производительности сети на уровнях 2 и 3, крайне важно понимать их конкретные функции и приложения. Например, стандартные коммутаторы, которые являются устройствами уровня 2, находятся на уровне канала передачи данных и работают, пересылая кадры с использованием MAC-адресов в локальной сети или VLAN. Эти устройства характеризуются высокой скоростью и малой задержкой, поскольку они участвуют во внутрисетевых действиях, таких как телекоммуникации в подсети, что улучшает обработку адреса назначения. Тем не менее, уровень 2 имеет существенный недостаток в управлении трафиком в различных сетях или подсетях, поскольку у него нет средств маршрутизации.
Однако устройства уровня 3, включающие маршрутизаторы и коммутаторы уровня 3, работают на сетевом уровне и используют схему IP-адресации с пересылкой пакетов. Коммутаторы уровня 3 быстрее и эффективнее, поскольку они объединяют аппаратную скорость коммутации уровня 2 с IP-маршрутизацией, что позволяет им предоставлять межсетевое взаимодействие коммуникация. Это позволяет создавать сегменты сети, реализовывать динамическую маршрутизацию, приоритезацию трафика и повышать общую производительность для предприятий с расширенными средами с несколькими подсетями, которые необходимо обрабатывать.
С точки зрения широковещательных штормов или неоптимального управления трафиком в крупномасштабных развертываниях сети уровня 2 могут работать плохо. С другой стороны, использование подсетей обеспечивает логическую сегментацию, которая помогает изолировать трафик для устройств уровня 3. Было показано, что внедрение коммутаторов уровня 3 снижает перегрузку сети в крупномасштабных средах до 30% из-за улучшенной доставки пакетов и управления трафиком.
Хотя задержка и пропускная способность являются важнейшими показателями производительности, они также различаются в зависимости от уровня. В целом решения уровня 2 более эффективны в домене единичной широковещательной передачи с задержкой на уровне микросекунд. Однако по мере расширения сети и необходимости маршрутизации устройства уровня 3 могут соединять подсети с гораздо большей эффективностью, чем их аналоги. Они делают это с минимальной дополнительной задержкой. Величина дополнительной задержки часто измеряется в миллисекундах и предполагается на основе спецификации оборудования и скорости пересылки.
Надежность устройств уровня 3 и уровня 2 зависит от конкретных требований сети. Для базовой локальной связи решения уровня 2 практичны и быстрее реализуются. Для более сложных, больших, межсоединений или более динамичных сетей уровень 3 обеспечивает большую масштабируемость и контроль, а также улучшенную производительность.
Когда использовать Переключатель уровня 3 в твоей Cеть
Там, где требуется высокоскоростная передача данных и расширенная маршрутизация на уровне сети, коммутатор уровня 3 будет наиболее эффективным. Этот тип коммутационного устройства обеспечивает функции устройств как уровня 2 (уровень канала передачи данных), так и уровня 3 (сетевой уровень). Таким образом, это позволяет управлять сложными сетями с низкой задержкой. Они лучше всего подходят для сетей корпоративного уровня, центров обработки данных с высоким трафиком и ситуаций, когда требуется бесперебойная передача информации между VLAN (виртуальными локальными сетями).
Крупные предприятия или кампусы, использующие различные подсети, могут получить большую выгоду от коммутаторов уровня 3, поскольку они позволяют контролировать трафик на аппаратном уровне с помощью маршрутизации между VLAN, что устраняет узкие места, обычно возникающие из-за чрезмерного потока данных. Кроме того, удаление выделенных маршрутизаторов повышает общую производительность. Отчеты показали, что коммутация уровня 3 может достигать пропускной способности от 1 до 100 Гбит/с в зависимости от возможностей устройства, что идеально подходит для приложений с интенсивным использованием полосы пропускания, таких как VoIP и потоковое видео, а также для передачи больших объемов данных.
Не менее важно, что коммутаторы уровня 3 обычно имеют дополнительные возможности, такие как качество обслуживания (QoS), списки контроля доступа (ACL) и формирование трафика, которые обеспечивают безопасность, приоритезацию и контроль потоков данных через сеть с точностью. Такие меры необходимы для предприятий с более высокими и строгими требованиями к надежности сети, таких как финансовые организации или специализированные медицинские учреждения, работающие с высокочувствительными, жизненно важными данными.
Соотношение цена/качество является важным фактором, поскольку современные коммутаторы уровня 3 имеют масштабируемые варианты реализации в разумно оцененных пакетах, которые включают расширенные функции. Хотя первоначальные затраты выше, чем у типичного коммутатора уровня 2, эксплуатационная эффективность, меньшая задержка и сокращенный объем оборудования часто компенсируют расходы с течением времени.
В заключение следует сказать, что области, требующие плотных и гибких сетей, дополненных высокоскоростной обработкой данных и маршрутизацией, должны интегрировать коммутатор уровня 3 в свою инфраструктуру. Производительность сети, безопасность и управляемость, обеспечиваемые этими коммутаторами, несомненно, являются основным элементом современных сетевых архитектур.
КАК Настройте коммутатор уровня 2 для оптимальной производительности
Основные шаги для Настроить слой 2 Настройки
Первоначальная настройка коммутатора
Для начала подключитесь к коммутатору через его IP-адрес управления. Это может быть доступ через консоль или SSH в зависимости от модели устройства. Как уже обсуждалось, важно правильно задать статический IP-адрес и маску подсети интерфейса управления коммутатором. Для удаленного управления рекомендуется установить VLAN управления на VLAN 1 192.168.1.2/24.
Создание и назначение VLAN
VLAN используются для сегментации и разделения трафика на уровне 2. Войдите в интерфейс командной строки (CLI), создайте VLAN по мере необходимости и назначьте им порты. Для гипотетических вариантов использования вы можете создать VLAN 10 «Учет» для портов 1-10, в то время как VLAN 20 «Продажи» займет порты 11-20. Такая сегментация повышает безопасность и улучшает оптимизацию трафика.
Включить протокол связующего дерева (STP)
Включение STP устраняет петли в сети. Принимая во внимание диапазон коммутаторов, большинство из них поставляются с включенным протоколом RIspr-SPanning Tree Protocol (RSTP) из коробки. Обязательно проверьте его статус и установите желаемый приоритет для корневого моста. Что касается важных коммутаторов, разумно установить более низкие значения приоритета для выбора корневого моста. Это поможет сократить время простоя, обеспечивая при этом избыточность.
Настроить безопасность портов
Применяйте безопасность портов для контроля доступа к сети и улучшения сетевой дисциплины. Установите ограничение на максимальное количество MAC-адресов на порт и определите разрешенные адреса. Например, настройте порт 5 так, чтобы он разрешал только один конкретный MAC-адрес, тем самым ограничивая доступ для потенциально инвазивных устройств.
Изменить параметры качества обслуживания (QoS)
Активируйте и настройте QoS, чтобы придать более высокий приоритет критическому сетевому трафику, такому как голос и видео, по сравнению с обычными пакетами данных. Используйте значения дифференцированной точки кода услуг (DSCP) для назначения более высокого приоритета протоколам реального времени. Это гарантирует надежность операций для проектов, чувствительных к трясине.
Подтвердите и сохраните настройки
Подтвердите все конфигурации, выполнив команды show vlan, show spanning-tree и show running-config и проверьте точность. Если все установлено правильно, то нужно будет сохранить изменения, чтобы гарантировать сохранение всех конфигураций после выключения устройства, что обычно делается с помощью команды write memory или copy running-config startup-config.
Цель состоит в том, чтобы оптимизировать процесс управления коммутатором уровня 2, повысить его производительность и улучшить надежность сети на основе коммутатора, масштабируемость сегментации и безопасность, готовую к дополнительным будущим требованиям. Интеграция изменений конфигурации и оценки производительности в повседневные операции управления должна стать стандартной практикой.
Использующий VLAN и порт Особенности управления
VLAN (виртуальные локальные сети) и функции, связанные с управлением портами, являются некоторыми из инструментов для улучшения оптимизации сети, эффективности и безопасности. Сетевые администраторы могут логически сегментировать трафик, чтобы сократить широковещательный трафик с помощью VLAN. Конфиденциальные и критические данные теперь могут быть изолированы, что снижает риск потенциального нарушения, одновременно повышая общую производительность. Управление портами усиливает контроль, посредством которого определенные действия выполняются на каждом порту коммутатора. Настройки безопасности порта, скорость и дуплексный режим — это лишь некоторые из параметров, которые можно настроить для достижения лучшей связи. Все эти функции в сочетании позволяют оптимизировать управление ресурсами, гибкость и способствуют масштабируемости в расширенных инфраструктурах сетей.
Функции безопасности и Контроль доступа в Управляемый коммутатор уровня 2
VLAN (виртуальные локальные сети) и методы управления портами — вот некоторые из методов, которые можно использовать для улучшения оптимизации, эффективности и безопасности сети. С помощью VLAN сетевые менеджеры могут логически сегментировать трафик, чтобы обрезать широковещательные домены. Теперь конфиденциальные данные могут быть изолированы, что снижает вероятность потенциального нарушения, одновременно повышая производительность. Улучшение контроля посредством определенных действий, выполняемых на каждом порту коммутатора, называется управлением портами. Лучшего подключения можно добиться, настроив такие параметры, как настройки безопасности порта, скорость и дуплексный режим. Вместе эти функции позволяют оптимизировать использование ресурсов, гибкость и расширенные инфраструктуры масштабирования сети.
Правильный выбор Переключение для вашей сети: Уровень 2 и Уровень 3
Факторы, которые следует учитывать при выборе Переключение для вашей сети
При выборе сетевого коммутатора я обращаю внимание на его производительность и эффективность при планировании расширения. Для начала я рассматриваю область действия и масштаб сети, чтобы определить, какой коммутатор уровня 2 или уровня 3 будет более подходящим для моих целей. После этого я убеждаюсь, что коммутатор имеет необходимое количество портов для текущих устройств и несколько для будущих дополнений. Кроме того, я определяю, удовлетворят ли пропускная способность и возможности полосы пропускания коммутатора прогнозируемый рост сетевого трафика. Другие важные соображения включают функции PoE, политики безопасности и функции управления, которые должны быть синхронизированы с общей стратегией сетевых ресурсов. Одним из последних пунктов является планирование контролируемых расходов; в этом случае я убеждаюсь, что выбранный коммутатор не повлечет за собой ненужных расходов.
Преимущества Управляемый коммутатор vs Неуправляемые коммутаторы
Управляемые коммутаторы предлагают улучшенный контроль, гибкость и масштабируемость при размещении рядом с неуправляемыми коммутаторами. Они предоставляют возможности конфигурирования и мониторинга сетевых настроек, помимо реализации политик безопасности и приоритетности трафика, что делает их подходящими для сложных или расширяющихся сетей. Напротив, неуправляемые коммутаторы более просты и экономичны, что делает их подходящими для небольших статических сетей, которым не требуются расширенные функции. Им также не хватает базовых возможностей управляемых коммутаторов, таких как оптимизация производительности и повышенная надежность, получаемая за счет управления трафиком и подробной диагностики. Однако неуправляемые коммутаторы привлекательны для простых пользователей из-за минимальных требований к настройке и обслуживанию.
Роль Порт Гигабитный коммутатор в эффективности сети
Коммутаторы Port Gigabit играют ключевую роль в повышении производительности сети, обеспечивая быструю передачу данных, снижая задержку и повышая производительность сети в целом. Таким образом, эти коммутаторы позволяют нескольким устройствам взаимодействовать на гигабитных скоростях, тем самым обеспечивая выполнение операций, требующих обработки данных, таких как потоковая передача видео, облачные вычисления и другие передачи больших файлов. Кроме того, эти коммутаторы также хорошо подходят для развивающейся сетевой инфраструктуры для современных предприятий, а также домашних пользователей, оптимизированных для надежного и высокоскоростного доступа.
Исследуя Разница между слоем 2 и коммутаторы уровня 3 в сетях
Как Коммутация и маршрутизация Влияние на сетевой трафик
И коммутация, и маршрутизация выполняют различные функции с различной сложностью и взаимодействуют друг с другом в управлении сетевым трафиком. Что касается коммутации, она работает на втором уровне (2) модели OSI — коммутация, также известная как мосты MAC, концентрируется на перемещении пакетов данных в локальной сети и использует MAC-адреса для «адресации». Этот уровень работы гарантирует, что в пределах определенного сегмента сети устройства могут взаимодействовать друг с другом, а начальные коллизии, вызванные обменом данными, сводятся к минимуму.
Маршрутизация, напротив, работает на третьем уровне (3) и отвечает за перемещение данных из одной сети в другую с помощью IP-адреса. Другими словами, маршрутизация обеспечивает взаимодействие и обмен информацией между устройствами в больших сетях, например, глобальную связь локальной сети с Интернетом. Все это может быть достигнуто, поскольку существует спецификация оптимальных маршрутов и сетей для данных и информации.
По сути, и коммутация, и маршрутизация работают вместе, поскольку коммутация заботится о внутренней эффективности сети, в то время как маршрутизация объединяет различные сети. Таким образом, обе функции представляют различные, но взаимодополняющие требования в рамках сетей.
Важность Таблица MAC-адресов in Уровень 2 Операционный отдел
Таблица MAC-адресов имеет важное значение в работе сетей уровня 2. Эта таблица хранится коммутаторами Ethernet, которые сопоставляют MAC-адреса подключенных устройств с определенными портами коммутатора, чтобы пакеты данных могли быть отправлены на правильное устройство в локальной сети (LAN). Проще говоря, когда коммутатор получает кадр, сначала проверяется таблица MAC-адресов, чтобы решить, на какой порт его отправить. Таким образом, кадры не отправляются на каждый порт, что в свою очередь делает сеть лучше и менее загруженной.
Большинство коммутаторов корпоративного уровня сегодня оснащены возможностью хранения сотен или тысяч MAC-адресов в своих таблицах. Примером являются современные коммутаторы, которые поставляются с аппаратными таблицами, которые могут иметь более 32,000 XNUMX MAC-адресов. Это гарантирует, что их можно масштабировать и сеть будет работать правильно. Возможность обновления таблицы MAC-адресов с адресами устройств, подключенных к сети, называется динамическим обучением, и эта функция доступна во многих современных коммутаторах. Используя это, коммутаторы смогут отслеживать устройства, подключенные к сети, без необходимости перенастраивать устройство для отправки данных на все порты.
При отсутствии надлежащего управления таблицей MAC-адресов чрезмерный широковещательный трафик может снизить производительность сети из-за увеличения доменов коллизий. Это особенно актуально для приложений реального времени, таких как VoIP и потоковое видео. Неэффективные механизмы пересылки кадров могут вносить неприемлемые задержки, которые могут ухудшить общее восприятие пользователем. Следовательно, надлежащее использование таблиц MAC-адресов имеет решающее значение для поддержания баланса системы, минимизации задержек и повышения эффективности работы на уровне 2 в современных сетях.
Понимание Переключение кадров и поток данных
Как и в любой компьютерной сети или группе коммутационных кадров, автоматические действия выполняются в отношении получения, обработки и отправки пакетов данных в более физическом смысле через коммутационное устройство на втором уровне модели OSI. Уровень служит промежуточным звеном, разделяя систему на две части: верхний уровень, который менее зависим от оборудования, и нижнюю часть, которая более зависима от оборудования. Что касается уровня 2, кадр содержит заголовок, который содержит информацию о физической единице кадра, поступающего на уровень или покидающего его. Еще один ключевой момент, который следует помнить, заключается в том, что каждый коммутатор содержит таблицу MAC-адресов. Эта таблица решает, разрешить ли доступ к адресному пространству или заблокировать доступ на основе решений о пересылке.
Начало процесса — прием кадра на порту коммутатора. Каждый кадр помечается MAC-адресом, и коммутатор ассоциируется как интуитивно понятное устройство, поскольку он может сверяться с MAC-адресом и назначать ему слот. Если в одном из слотов есть порт, не имеющий доступного адреса, коммутатор выполняет действие, требующее других портов, отправляя кадр через каждый интерфейс, кроме того, с которого он поступает, надеясь, что хотя бы один из портов, добавивших его, имеет MAC-адрес назначения. Операция завершает начальный этап фазы обучения, где адреса могут быть добавлены в таблицу MAC.
Улучшения в технологиях значительно увеличили возможности коммутации. Например, современные коммутаторы оснащены аппаратными коммутаторами на базе ASIC (интегральная схема специального назначения), которые способны обрабатывать кадры со скоростью миллионов в секунду. Эти устройства позволяют достигать времени отклика в несколько микросекунд и бесперебойной потоковой передачи данных в областях, где задержка связи должна быть крайне минимальной, например, при финансовых транзакциях или потоковой передаче HD-контента. Более того, инструменты для мониторинга производительности сети показывают, что коммутаторы, оснащенные расширенными функциями буферизации пакетов, способны управлять пакетным трафиком, что приводит к меньшему количеству потерь кадров во время пиковой нагрузки.
Для современных приложений с высокой пропускной способностью сегментация VLAN и методы приоритетизации трафика, связанные с качеством обслуживания (QoS), являются незаменимыми. С одной стороны, VLAN помогают организовывать и изолировать входящий трафик, помогая уменьшить проблему несанкционированного вмешательства в данные; с другой стороны, QoS позволяет приоритезировать критические потоки, такие как VoIP, по сравнению с относительно менее срочными потоками данных. Все эти факторы способствуют улучшению конструкции и надежности современных сетевых архитектур с точки зрения производительности, масштабируемости и надежности.
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
В: В чем основное различие между маршрутизатором и коммутатором 3-го уровня?
A: Маршрутизаторы и коммутаторы уровня 3 оптимально отличаются по функциональности, конструкции и применению. Основная функция маршрутизатора — соединять разные сети и выполнять действия маршрутизации в отличие от коммутатора, который разработан как высокоскоростной коммутатор с маршрутизатором. Кроме того, маршрутизаторы, как правило, содержат расширенные протоколы маршрутизации наряду с возможностями WAN, в то время как коммутаторы уровня 3 включают FSW коммутатора уровня 2 с некоторыми возможностями IP-маршрутизации. Оба устройства используют таблицы маршрутизации и принимают решения о пересылке на основе IP-адресов, однако коммутаторы уровня 3, как известно, лучше справляются с обработкой пакетов в средах LAN из-за аппаратной маршрутизации, а не программного обеспечения.
В: В чем разница между коммутаторами Ethernet Cisco уровня 3 и уровня 2?
A: Коммутатор Cisco Ethernet уровня 2 фокусируется исключительно на функциях уровня канала передачи данных. Коммутатор уровня 2 может пересылать кадр внутри коммутатора на основе MAC-адреса внутри кадра. Коммутатор уровня 2 создает сегменты в сети и способен управлять VLAN в широковещательном домене. По сравнению с ними коммутаторы Cisco уровня 3 способны выполнять все функции коммутатора уровня 2, а также выполнять дополнительные функции маршрутизатора. Это позволяет им принимать решения о пересылке на основе IP-адресов, маршрутизировать между VLAN и использовать протоколы маршрутизации, такие как OSPF и EIGRP. Модели Cisco уровня 3 чаще используются на уровнях ядра и распределения предприятия, поскольку они, как правило, имеют лучшую производительность QoS, функции безопасности и плотность портов.
В: В чем разница в функциональности уровней 2 и 3 для коммутаторов Ethernet?
A: Коммутатор Ethernet проверяет MAC-адрес назначения для входящих кадров и, полагаясь на свою таблицу MAC-адресов второго уровня, пересылает их на соответствующий порт коммутатора. Как устройства второго уровня, коммутаторы не могут маршрутизировать между сетями или VLAN без помощи внешнего маршрутизатора. Это означает, что они функционируют только на канальном уровне модели взаимодействия открытых систем. В отличие от коммутаторов второго уровня, коммутаторы третьего уровня проверяют IP-адрес назначения пакета, в дополнение к выполнению всех функций второго уровня. Это позволяет коммутаторам третьего уровня маршрутизировать между различными сетями или VLAN, управлять списками доступа на основе информации об IP и использовать протоколы маршрутизации. Другими словами, коммутаторы третьего уровня объединяют функциональность коммутатора и маршрутизатора в одном сетевом устройстве.
В: Какую модель коммутатора Ethernet мне следует использовать для моей сети: уровня 2 или уровня 3?
A: Коммутатор Ethernet уровня 2 наиболее полезен, когда есть базовая потребность в поддержании соединения в пределах одного сегмента сети со скоростной пересылкой кадров, а также простые сетевые потребности и небольшая связь между VLAN. Базовый коммутатор подходит для небольших офисов, пограничных сетей или когда есть отдельный маршрутизатор, выполняющий функции коммутации. Коммутатор уровня 3 выбирается для включения маршрутизации между VLAN без дополнительного устройства, для высокопроизводительной маршрутизации в пределах локальной сети, сложной сегментации сети или сложного управления трафиком. Коммутаторы уровня 3 предпочтительны в ядре сети, на уровне распределения или в кампусной сети для крупных организаций с высокими требованиями к пропускной способности и там, где трафик из нескольких VLAN нуждается в маршрутизации.
В: В чем разница в управлении таблицами маршрутизации коммутаторами 3-го уровня и традиционными маршрутизаторами?
A: Коммутаторы уровня 3 управляют таблицами маршрутизации своих сетей так же сложно, как и традиционные маршрутизаторы, что включает отслеживание сетевых пунктов назначения и переходов. Несмотря на то, что коммутаторы уровня 3 имеют таблицы маршрутизации, как и традиционные маршрутизаторы, коммутаторы выполняют функции маршрутизации с помощью оборудования (ASIC), что, по сравнению с программными маршрутизаторами, заметно быстрее. Они поддерживают стандартные протоколы маршрутизации, такие как OSPF, EIGRP и RIP, но могли бы подавить более сложные возможности маршрутизации, чем основные маршрутизаторы. Кроме того, коммутаторы уровня 3 хорошо работают в маршрутизации между VLAN в локальной сети (LAN), в то время как они могут уступать в соединениях глобальной сети (WAN) и сложных задачах маршрутизации. Их таблицы маршрутизации оптимизированы для более быстрой работы в локальной сети, а не в глобальной сети.
В: Каковы различия в обработке пакетов данных между управляемым коммутатором уровня 3 и коммутатором уровня 2?
Управляемый коммутатор уровня 3 способен обрабатывать пакеты данных с большей глубиной, чем коммутатор уровня 2, поскольку он может анализировать данные на основе адреса назначения. Как управляемые, так и неуправляемые коммутаторы проверяют заголовки кадров, однако коммутаторы уровня 2 ограничены только просмотром MAC-адресов, которые используются в качестве назначения. В отличие от коммутаторов уровня 2, управляемый коммутатор уровня 3 может выполнять маршрутизацию, что стало возможным благодаря дополнительной возможности более глубокого просмотра заголовка IP. Благодаря этому коммутатор может маршрутизировать трафик между различными VLAN или подсетями без помощи внешнего маршрутизатора. Управляемые коммутаторы уровня 3 поддерживают использование arping, который использует протоколы разрешения адресов для привязки IP-адреса к MAC-адресу. Политики QoS, а также контроль доступа также могут быть заданы на уровне 3, что делает управление сетевым трафиком через значение уровня 3 как более гибким, так и сложным, чем на уровне 2.
В: Какую цель имеет коммутатор уровня 3 в сети, в которой уже есть маршрутизатор?
A: Есть несколько причин, по которым вам все еще может понадобиться коммутатор уровня 3 даже при наличии существующего маршрутизатора. Во-первых, коммутатор уровня 3 обычно имеет более высокую пропускную способность для маршрутизации между VLAN, которая намного больше, чем у традиционного маршрутизатора, что устраняет застой в сети. Во-вторых, они повышают скорость сети или канала, выполняя маршрутизацию на аппаратном, а не программном уровне. В-третьих, коммутатор уровня 3 улучшает общую структуру сети, объединяя коммутацию и маршрутизацию в одном устройстве и снижая необходимость в коммутаторе уровня 2, когда есть опция коммутатора уровня 3. Кроме того, в огромных сетях с несколькими VLAN разгрузка внутридоменной маршрутизации на коммутаторы уровня 3 помогает распределить нагрузку на маршрутизатор и предотвращает его чрезмерное использование. Наконец, маршрутизаторы уровня 3 известны своим высоким выходом коммутируемых портов, что обеспечивает большую плотность соединений и маршрутизацию одновременно.
В: Каким образом коммутатор Gigabit Ethernet уровня 3 способствует более быстрой работе сети?
A: Выигрыш в производительности сети от коммутатора Ethernet Gigabit с поддержкой уровня 3 многогранен. Эти коммутаторы также сочетают высокоскоростную коммутацию на гигабитных или более высоких скоростях с функциями маршрутизации, устраняя архаичную задержку, связанную с необходимостью маршрутизации трафика через отдельный, обычно гораздо более медленный маршрутизатор. Коммутаторы уровня 3 используют аппаратные средства (ASIC) для принятия решения о маршрутизации вместо программного обеспечения. Это позволяет значительно увеличить пропускную способность и снизить задержку для маршрутизируемого трафика. Они позволяют осуществлять прямую маршрутизацию между VLAN на скорости проводов, что выгодно для производительности для коммуникаций между VLAN. Кроме того, эти коммутаторы также могут реализовывать расширенные функции управления трафиком, такие как QoS для критически важных приложений. Коммутаторы также имеют более высокую плотность портов по сравнению с традиционными маршрутизаторами, поэтому больше устройств могут быть подключены на гигабитных скоростях и получать выгоду от коммутации пакетов и маршрутизации внутри устройства.
В: Какие факторы наиболее важны для определения того, соответствует ли коммутатор уровня 2 сетевым потребностям моей организации?
A: Если вы пытаетесь определить, будет ли достаточно коммутатора уровня 2, важно проанализировать масштаб сложности, размер и будущее расширение вашей сети. Коммутатор уровня 2, скорее всего, будет достаточным, если в сети есть только одна подсеть или несколько VLAN; внутри VLAN-трафика мало; уже существует маршрутизатор, который выполняет функции маршрутизации; использование межсетевой полосы пропускания низкое; и акцент делается на ценности, а не на расширенных функциях. Кроме того, определите, удовлетворяются ли базовые требования к QoS и безопасности, учитывая, что коммутаторы уровня 2 предлагают ограниченные функции по сравнению с коммутаторами уровня 3. Если ваша организация небольшая и имеет простые требования к подключению, не требующие сегментации сети, то коммутаторов уровня 2 будет достаточно. Если же вы ожидаете больше пользователей и более сложную структуру сети, то было бы целесообразно инвестировать в коммутатор уровня 3.
Справочные источники
1. Новый подход к решению проблемы петель уровня 2 в программно-определяемых сетях (SDN)
- Основной автор: Исмаил Амири Второй автор: Р. Джавидан
- Год публикации: 2019
- Публикация: Телекоммуникационные системы
- ТОКЕН ЦИТИРОВАНИЯ: (Амири и Джавидан, 2019, стр. 47–57)
СИНТАКСИС
- В этой статье авторы предлагают новую методику для решения проблемы предотвращения петель в сетях уровня 2 программно-определяемой сети (SDN). Их подход сравнивается с протоколом Spanning Tree Protocol (STP), утверждая, что их метод обеспечивает лучшие результаты с точки зрения блокировки портов коммутатора и использования емкости коммутатора. Методология включает теории вместе с моделированием для доказательства эффективности предлагаемой конструкции предотвращения петель.
2. Гибридный коммутатор SDN на основе стандартного кода P4
- Авторы: Дж. Альварес-Хоркахо и др.
- Год публикации: 2021
- Journal: Письма IEEE Communications
- Токен цитирования: (Дж. Альварес-Оркахо и др., 2021, стр. 1482–1485.)
Резюме:
- В этом исследовании предлагается новый гибридный программно-определяемый сетевой коммутатор (SDN) уровня 2 с использованием языка программируемых протокол-независимых пакетных процессоров (P4). Поведение коммутатора определяется с помощью P4Runtime, и, следовательно, достижимы программируемые функции плоскости данных. Авторы заявляют о лучшей производительности, чем другие предложения P4, комментируя способность коммутатора самостоятельно настраивать свои функции пересылки. Методология состоит из сравнений производительности с другими реализациями.
3. P4VBox: реализация виртуализации в коммутаторах, совместимых с P4
- Автор (ы): Матеус Сакетти и др.
- Год публикации: 2020
- Источник: Письма IEEE Communications
- Информация о цитировании: (Сакетти и др., 2020, стр. 146–149.)
Обзор:
- В этой статье мы представляем P4VBox, фреймворк, который облегчает виртуализацию коммутаторов P4. Авторы подтверждают возможность параллельного выполнения многочисленных экземпляров виртуальных коммутаторов, что приводит к большей простоте использования и эффективности в управлении сетью. Исследование демонстрирует возможность выполнения до 13 виртуальных коммутаторов одновременно, что значительно увеличивает пропускную способность и сокращает задержку. Подход основан на фактической реализации на плате NetFPGA-SUME.