Переключатель уровня 3 и маршрутизатор

Компьютерные сети часто образуются путем соединения множества различных типов сетей. Если несколько компьютерных сетей связаны только физически и не могут взаимодействовать друг с другом, то «взаимосоединение» не имеет практического значения. Поэтому, когда речь идет о «взаимосвязи», обычно подразумевается, что эти взаимосвязанные компьютеры могут общаться, то есть функционально и логически эти компьютерные сети образуют разветвленную сеть или Интернет.

Большая компьютерная сеть

Некоторые промежуточные устройства (или промежуточные системы) используются при соединении сетей, которые в терминах ISO называются релейной системой. В зависимости от уровня релейной системы могут быть следующие пять типов релейных систем:

1. Система ретрансляции физического уровня (то есть первого уровня, уровня L1): ретранслятор.
2. Канальный уровень (т. е. второй уровень, уровень L2): мост.
3. Система ретрансляции сетевого уровня (третий уровень, уровень L3): маршрутизатор.
4. Броутер, представляющий собой смесь моста и маршрутизатора, выполняет функции моста и маршрутизатора.
5. Система ретрансляции над сетевым уровнем является шлюзом.

Обычно это не называется межсетевым соединением, когда система ретрансляции является транспондером, потому что она только расширяет сеть. Шлюзы высокого уровня в настоящее время используются меньше из-за их сложности. Таким образом, сетевое взаимодействие обычно относится к сети, в которой для соединения используются коммутатор и маршрутизатор. В этой статье в основном объясняются коммутатор и маршрутизатор уровня 3 и их различия.

Структура системы домашнего мониторинга

Sведьмы и роутеры

Слово «переключатель» встречается чаще всего в сегодняшней сети. От моста до маршрута, от банкомата до телефонной системы, он может применяться в любой ситуации. Слово «переключатель» впервые появилось в телефонных системах, в частности, в отношении переключения голосовых сигналов между двумя телефонами. Завершающим работу оборудованием является телефонный коммутатор. переключатель - это техническое понятие, то есть полное перенаправление сигналов от входа устройства к выходу. Поэтому все устройства, соответствующие этому определению, можно назвать коммутационными устройствами.

Таким образом, «переключатель» — это слово с широким значением. Когда он используется для описания оборудования на втором уровне сети передачи данных, он относится к мостовому устройству. Когда он используется для описания оборудования третьего уровня, он относится к устройству маршрутизации.

Процесс переключения

Коммутатор Ethernet, о котором мы часто говорим, представляет собой многопортовое сетевое устройство второго уровня, основанное на технологии моста. Он обеспечивает путь с малой задержкой и низкими издержками для пересылки кадров данных с одного порта на другой. Таким образом, во внутреннем ядре коммутатора должна быть коммутационная матрица, обеспечивающая путь для связи между любыми двумя портами, или быстрая коммутационная шина, чтобы кадр данных, полученный каким-либо портом, отправлялся с других портов.

Функцию обменной матрицы часто выполняет специальный чип (ASIC) в оборудовании. Кроме того, в конструктивной идее Ethernet-коммутаторов есть важное допущение, то есть скорость ядра обмена настолько высока, что обычные большие потоки данных не сделают его перегруженным. Другими словами, возможность переключения бесконечно велика по сравнению с объемом передаваемой информации (напротив, идея коммутаторов ATM в конструкции заключается в том, что возможность переключения ограничена относительно объема передаваемой информации).

Хотя коммутатор Ethernet уровня 2 был разработан на основе многопортовых мостов, богатые возможности коммутации не только делают его лучшим способом получения большей пропускной способности, но и упрощают управление сетью.

Маршрутизатор — это устройство коммутации пакетов (или устройство ретрансляции сетевого уровня) на сетевом уровне модели протокола OSI. Основная функция маршрутизатора заключается в передаче данных (IP-пакетов) в нужную сеть, в том числе:

1. Пересылка дейтаграмм IP, включая маршрутизацию и передачу дейтаграмм;
2.  Изоляция подсети для подавления широковещательных штормов;
3. Поддерживайте таблицу маршрутизации и обменивайтесь маршрутной информацией с другими маршрутизаторами, что является основой для пересылки IP-пакетов.
4. Обработка ошибок IP-датаграмм и простой контроль перегрузки;
5. Реализуйте фильтрацию и учет IP-датаграмм.

Роутеры в разных регионах

Для сетей разного масштаба роль маршрутизатора различна. В магистральной сети основная роль маршрутизатора заключается в маршрутизации. Маршрутизаторы в магистральной сети должны знать пути ко всем сетям более низкого уровня. Это требует поддержания огромной таблицы маршрутизации и максимально быстрого реагирования на изменения состояния соединения. Отказ маршрутизатора вызовет серьезные проблемы с передачей информации.

В региональной сети основной функцией маршрутизатора является подключение к сети и маршрутизация. Он соединяет базовые сетевые блоки более низкого уровня — кампусную сеть и отвечает за пересылку данных между сетями более низкого уровня.

Основная роль маршрутизаторов заключается в разделении подсетей внутри кампусной сети. Ранней инфраструктурой Интернета была локальная сеть (LAN), в которой все узлы находились в одной логической сети. Поскольку размер сети продолжает увеличиваться, локальная сеть превращается в кампусную сеть, состоящую из нескольких подсетей, соединенных высокоскоростными магистралями и маршрутизаторами. Среди них несколько подсетей логически независимы, и маршрутизатор — единственное устройство, которое может их разделить. Он отвечает за пересылку пакетов и изоляцию широковещательной рассылки между подсетями, а пограничный маршрутизатор отвечает за соединение с сетью верхнего уровня.

Главное отличиеs Между коммутатором уровня 3 и маршрутизатором

Самая фундаментальная причина, по которой мы не можем отличить коммутатор 3-го уровня от маршрутизатора, заключается в том, что коммутатор 3-го уровня также имеет функцию «маршрутизации». Несмотря на это, существует немало существенных различий между коммутаторами и маршрутизаторами уровня 3:

1) Основные функции разные

Хотя и коммутаторы, и маршрутизаторы уровня 3 имеют функции маршрутизации, мы не можем отождествлять их друг с другом. Это то же самое, что многие широкополосные маршрутизаторы не только имеют функции маршрутизации, но и обеспечивают переключать порты и функции аппаратного брандмауэра, но их нельзя приравнивать к коммутаторам или брандмауэрам. Потому что основной функцией этих роутеров является функция маршрутизации, а остальные функции просто дополнительные, цель которых сделать устройство более применимым и практичным.

То же самое справедливо и для коммутатора уровня 3. Это просто коммутатор с некоторыми базовыми функциями маршрутизации, и его основная функция — обмен данными. В то время как маршрутизатор имеет только одну основную функцию маршрутизации и переадресации.

2) Основные применимые среды отличаются

Функция маршрутизации коммутатора 3-го уровня относительно проста, поскольку она в основном работает с простыми подключениями к локальной сети. Из-за этого функция маршрутизации коммутатора уровня 3 проста, а путь маршрутизации гораздо менее сложен, чем у маршрутизатора. Его основными целями в локальной сети являются обеспечение быстрого обмена данными и соответствие характеристикам применения частого обмена данными в локальной сети. Роутер другой. Изначально он был разработан для реализации различных типов сетевых подключений. Хотя маршрутизатор также применим для соединения между локальными сетями, в основном он используется между различными типами сетей, например, для соединения между локальной сетью и глобальными сетями.

Основная функция маршрутизатора — маршрутизация и пересылка, а его конечной целью является решение проблемы соединения различных сложных сетей маршрутизации. Поэтому он имеет мощную функцию маршрутизации, которая подходит не только для локальных сетей с одним и тем же протоколом, но и между локальными и глобальными сетями с разными протоколами. Его преимущества заключаются в выборе наилучшего маршрута, распределении нагрузки, резервировании каналов и обмене информацией о маршрутах с другими сетями.

3) производительность отличается

Технически маршрутизаторы и коммутаторы уровня 3 имеют явные различия в операциях коммутации пакетов. Маршрутизаторы выполняют коммутацию пакетов с помощью микропроцессорных программных механизмов маршрутизации, а коммутаторы уровня 3 выполняют коммутацию пакетов аппаратно. После того как коммутатор уровня 3 направит первый поток данных, он создаст таблицу сопоставления между MAC-адресами и IP-адресами. Когда тот же поток данных проходит снова, он будет проходить напрямую через уровень 2 в соответствии с этой таблицей, а не снова маршрутизироваться. При этом коммутатор устраняет задержку в сети, вызванную выбором маршрута маршрутизатором, и, таким образом, повышает эффективность пересылки пакетов данных.

В то же время поиск маршрута трехслойного переключатель направлен на поток данных. Он использует технологию кэширования и может быть легко реализован с помощью технологии ASIC, что может значительно снизить затраты и реализовать быструю переадресацию. Переадресация маршрутизатора использует самый длинный метод сопоставления, который сложен в реализации и обычно реализуется программным обеспечением с низкой эффективностью пересылки. Из-за этого общая производительность коммутаторов уровня 3 намного выше, чем у маршрутизаторов, поэтому они очень подходят для локальных сетей с частым обменом данными.

Хотя маршрутизаторы имеют мощные функции маршрутизации, их эффективность пересылки пакетов намного ниже, чем у коммутаторов уровня 3. Они больше подходят для соединения различных типов сетей, где обмен данными происходит нечасто, например, для соединения локальных сетей и Интернета. Было бы напрасно (с точки зрения его мощной функции маршрутизации), если маршрутизаторы, особенно маршрутизаторы высокого класса, использовались в локальных сетях. Он не может хорошо соответствовать требованиям к производительности связи локальных сетей, что влияет на нормальную связь между подсетями.

Подводя итог, можно сказать, что между коммутатором уровня 3 и маршрутизатором все еще существуют существенные различия. В целом, лучше использовать коммутатор уровня 3 для подключения к нескольким подсетям в локальной сети, особенно в среде с частым обменом данными между разными подсетями. С одной стороны, это может обеспечить требования к производительности связи между подсетями. С другой стороны, это экономит инвестиции в покупку маршрутизаторов. Конечно, понятно использование маршрутизаторов, если связь между подсетями не очень частая, что также может обеспечить безопасную изоляцию и взаимную связь между подсетями. Детали должны быть определены в соответствии с фактическими потребностями.

Переключатель FiberMall

The Прошлое и настоящее of Переключатель уровня 3

Наиболее важным назначением коммутатора уровня 3 является ускорение обмена данными внутри большой локальной сети. Функция маршрутизации также служит этой цели. Он может достичь одного маршрута и множественной переадресации. Обычные процессы, такие как пересылка пакетов данных, выполняются аппаратно на высокой скорости, а такие функции, как обновление информации о маршруте, ведение таблицы маршрутов, расчет маршрута и определение маршрута, реализуются программным обеспечением.

В целях безопасности и удобства управления, в основном для снижения вреда от широковещательных штормов, большие локальные сети должны быть преобразованы в малые локальные сети в соответствии с такими факторами, как функции или регионы. Это делает технологию VLAN широко используемой в сети. Связь между различными VLAN должна перенаправляться через маршрутизаторы. Из-за ограниченного количества портов и низкой скорости маршрутизации масштаб и скорость доступа к сети ограничиваются просто использованием маршрутизаторов для реализации межсетевого доступа.

Исходя из этой ситуации, появились коммутаторы уровня 3. Коммутатор уровня 3 разработан для IP и имеет простой тип интерфейса. Он имеет мощные возможности обработки пакетов уровня 2 и очень подходит для маршрутизации данных и коммутации в больших локальных сетях. Коммутатор может не только работать на третьем уровне протокола, заменяя или частично дополняя функции традиционных маршрутизаторов, но и обладает скоростью коммутации уровня 2 при относительно низкой цене.

Большинство функций маршрутизации коммутаторов уровня 3 предназначены для взаимодействия с данными, поэтому их функции маршрутизации не так сильны, как у профессиональных маршрутизаторов того же класса. Ведь недостатков в безопасности и поддержке протоколов еще много, что не может полностью заменить работу роутеров.

Типичная практика такова: для соединения различных подсетей в одной и той же локальной сети и маршрутизации между VLAN в локальной сети замените маршрутизаторы коммутаторами уровня 3. Профессиональные маршрутизаторы используются только тогда, когда соединение между локальной сетью и сетью общего пользования необходимо для обеспечения межрегионального доступа к сети.

CАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог, коммутаторы обычно используются для соединений LAN-WAN. Коммутаторы относятся к мостам и являются устройствами на канальном уровне. Некоторые коммутаторы также могут реализовать коммутацию третьего уровня. Для соединения WAN-WAN используются маршрутизаторы, которые могут решить проблему пересылки пакетов между разнородными сетями и действовать на сетевом уровне. Для сравнения, маршрутизаторы более мощные, чем коммутаторы, но они медленнее и дороже. Коммутаторы уровня 3 широко используются из-за возможности пересылать сообщения на скорости канала и хорошей функции управления, аналогичной маршрутизаторам.

Рекомендовать Чтение:

Понимание коммутаторов уровня 3: основные различия и применение в сетях

Коммутатор уровня 3 против маршрутизатора: основные различия и разъяснения Cisco Insights