В растущих сложных сетевых средах двадцать первого века знание ролей различных сетевых устройств для успешного проектирования и управления инфраструктурой является обязательным. Два компонента, которые занимают видное место в обсуждениях, — это коммутатор уровня 3 и маршрутизатор. Несмотря на схожие функциональные характеристики, такие как возможности маршрутизации IP, их роли в сети уникальны. Коммутаторы уровня 3 используются в основном для закрепления внутреннего трафика в локальной сети (LAN), критическим аспектом сетевого коммутатора является маршрутизация между VLAN. Между тем маршрутизаторы передают пакеты данных между сетями, делая возможным подключение к глобальной сети (WAN). В этой статье мы стремимся пролить свет на технические различия, области применения и практические подходы к развертыванию коммутаторов и маршрутизаторов уровня 3, помогая сетевым специалистам в попытках достичь конкретных требований организации и ее сетевые потребности.
Что такое коммутатор 3-го уровня и как он работает?
A Уровень 3 или многоуровневый коммутатор является коммутатором и маршрутизатором. Он работает на канальном уровне и сетевом уровне модели OSI, которые являются вторым и третьим уровнями соответственно. Оптимизированные для использования в больших локальных сетях, эти коммутаторы предназначены для высокоскоростной передачи данных. Однако коммутатор третьего уровня может маршрутизировать трафик между различными VLAN и устранять необходимость в отдельном маршрутизаторе, уменьшая задержку и увеличивая общую эффективность сети. Вместо того чтобы использовать исключительно MAC-адреса для передачи пакетов, как это делают большинство обычных коммутаторов, коммутатор использует протоколы маршрутизации, такие как OSPF или RIP, для принятия решений о маршрутизации на основе информации, содержащейся в заголовках пакетов.
Понимание функций сетевого уровня
Сетевой уровень, уровень 3 в модели OSI, отвечает за маршрутизацию и пересылку пакетов данных из одной сети в другую. Он предлагает и устанавливает последовательности для передачи данных между хостами в разных и разнообразных сетях, обеспечивая наиболее эффективные маршруты для потока данных. Важные задачи, которые должны выполняться на этом уровне, включают логическую адресацию и, в частности, использование IP-адресов для идентификации устройств в сетевой структуре. Он также находит наиболее эффективный маршрут передачи данных на основе протоколов маршрутизации OSPF, BGP или RIP. Помимо этих задач, сетевой уровень занимается пересылкой и коммутацией пакетов, которые необходимы для связи источника и назначения. Благодаря этим функциональным возможностям сетевые устройства, такие как маршрутизаторы и коммутаторы уровня 3, обеспечивают связь и повышают производительность в сложной сетевой архитектуре.
Как коммутаторы уровня 3 обрабатывают маршрутизацию
Уровень 3 обладает некоторыми возможностями, обычно связанными с маршрутизаторами, поскольку они способны обрабатывать пакеты данных на основе сетевого уровня модели OSI. Коммутаторы уровня 3 используют программные и аппаратные механизмы для маршрутизации пакетов данных между сетями на высокой скорости. Они отличаются от маршрутизаторов, поскольку большинство маршрутизаторов выполняют программные функции только для маршрутизации, в то время как коммутаторы уровня 3 имеют маршрутизацию, встроенную в аппаратные компоненты устройства. Это позволяет им обрабатывать локальные сети большого объема при выполнении обработки пакетов. Как правило, коммутаторы уровня 3 используют таблицы маршрутизации и информацию заголовков пакетов для упрощения оптимального пути маршрутизации для заданных пакетов данных. Они поддерживают протоколы маршрутизации, такие как OSPF, EIGRP и BGP, для динамических и масштабируемых функций. Эти маршрутизаторы могут эффективно контролировать трафик между VLAN и другими сегментами сети, тем самым уменьшая задержку и увеличивая уровни пропускной способности. Важно отметить, что коммутаторы уровня XNUMX выполняют функции как коммутаторов, так и маршрутизаторов в текущей сетевой архитектуре, способствуя быстрому доступу к каналам связи в различных структурах.
Преимущества использования коммутатора уровня 3 в локальной сети
Внедрение коммутационных устройств уровня 3 в локальных вычислительных сетях (ЛВС) имеет основополагающее значение для оптимизации сети и управления ее производительностью. Улучшенная масштабируемость сети является одним из них, позволяя сети справляться с будущим расширением инфраструктуры и увеличением емкости данных с относительной легкостью. Другое преимущество связано с сокращением задержек; поскольку коммутация уровня 3 может маршрутизировать на аппаратном уровне, маршрутизация пакетов может выполняться быстрее, чем маршрутизатор. Кроме того, они снижают сложность сети, обеспечивая маршрутизацию между VLAN, которая разделяет сетевой трафик, обеспечивая при этом высокую пропускную способность. И последнее, но не менее важное: интеграция коммутатора уровня XNUMX и маршрутизатора в одном устройстве упрощает проектирование сети и значительно снижает стоимость по сравнению с затратами, понесенными как на коммутаторе, так и на маршрутизаторе. Эти функции дополняют протоколы динамической маршрутизации, которые предоставляют коммутаторы уровня XNUMX, что делает их комплексным решением для ЛВС, повышая общую производительность и эффективность.
Что такое маршрутизатор и чем он отличается от коммутатора 3-го уровня?
Функции маршрутизатора в сетевой маршрутизации
Обеспечивая успешное сохранение данных от источника до предполагаемого пункта назначения, маршрутизаторы отвечают за перемещение пакетов данных между различными сетями в пределах своего домена. В отличие от коммутаторов уровня 3, предназначенных для внутреннего использования в локальных сетях (LAN), маршрутизаторы управляют трафиком в глобальных сетях (WAN) и в других сетях. Маршрутизация фокусируется на поиске оптимального пути для передачи информации по сети с учетом топологии, полосы пропускания и нагрузки трафика. Все маршрутизаторы имеют многочисленные протоколы маршрутизации, включая BGP, OSPF и EIGRP, которые помогают автоматически обновлять маршруты в зависимости от ситуации в сети. Такие возможности маршрутизации важны для поддержания эффективной связи на больших территориях. Кроме того, не удивляйтесь, если маршрутизатор имеет встроенный брандмауэр и NAT и если есть возможность VPN.
Понимание протоколов маршрутизации и их важности
Сетевые коммуникации анализируют протоколы маршрутизации, которые оказываются полезными в некотором роде. Протоколы маршрутизации определяют активный путь, который будет использоваться для обмена данными, и механизм изменения этого пути при необходимости. Все три протокола, то есть Border Gateway Protocol (BGP), Open Shortest Path First (OSPF) и Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP), отличаются по выбору маршрута и управлению маршрутом из-за их различных алгоритмов. BGP используется для уведомления о маршрутной информации между автономными системами в Интернете. Большинство сетей большие, и, таким образом, масштаб имеет важное значение. OSPF также масштабируется и имеет быструю сходимость, но OSPF является протоколом маршрутизации, используемым в любой отдельной автономной системе. А именно, EIGRP представляет собой смесь двух моделей, что позволяет объединить широкую иерархию и несколько фирменную эффективную реализацию в базовой сети. Обеспечивая динамическое реагирование на изменения сети из-за трафика или топологии сети, эти протоколы гарантируют оптимальную маршрутизацию для всех пакетов данных. Поэтому протоколы маршрутизации должны обеспечивать бесперебойную связь и другие адаптивные механизмы для обеспечения требуемой эффективности и надежности сетевых систем.
Сравнение маршрутизаторов и коммутаторов уровня 3 в средах WAN
Однако, хотя и маршрутизаторы, и коммутационные устройства третьего уровня могут выполнять функцию маршрутизации или направления трафика через различные сегменты в обширной сети (WAN), крайне важно понимать их соответствующие различия и подходы. Маршрутизаторы являются связующими звеньями между несколькими взаимосвязанными, но разными сетями, они были созданы с учетом инфраструктур wan, где встречаются различные сетевые домены, и управляются сложными алгоритмами маршрутизации для маршрутизации пакетов по сложным сетевым топологиям. С другой стороны, коммутаторы третьего уровня обладают некоторыми ограниченными возможностями маршрутизации в сочетании с некоторыми существенными характеристиками коммутации устройств канального уровня, которые могут ускорить маршрутизацию данных в интрасети большой организации, но не совсем такими. Коммутатор третьего уровня легко взаимодействует с другими коммутаторами и магистральными маршрутизаторами; они предпочтительнее маршрутизаторов в средах с высоким спросом на трафик и высокой скоростью передачи данных. Однако, в отличие от маршрутизаторов, коммутаторы второго уровня предлагаются для подключения внутренней беспроводной сети, а маршрутизаторы предлагаются для подключения wan и Интернета. Знание этих различий позволяет сетевым инженерам выбирать подходящее устройство для конкретной сети WAN, обеспечивающее удовлетворительный диапазон производительности, расширяемости и экономических показателей.
Понимание различий между коммутаторами и маршрутизаторами уровня 3
Обработка протоколов: коммутатор уровня 3 и маршрутизатор
Из-за конструкции и предполагаемого использования существуют определенные способы, которыми маршрутизаторы и коммутаторы уровня 3 различаются в отношении обработки протоколов. Например, маршрутизаторы управляют различными протоколами маршрутизации, такими как Border Gateway Protocol (BGP), Open Shortest Path First (OSPF) и Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP), которые облегчают их развертывание в сложных средах WAN, в которых требуется интеллектуальная и эффективная маршрутизация по различным сетям. Благодаря этому продвинутому уровню поддержки протоколов маршрутизаторы способны поддерживать межсетевое соединение, где связь между различными сетевыми доменами посредством пакетов данных осуществляется легко. Напротив, коммутаторы уровня 3 имеют более простые структуры протоколов, где основной целью является высокоскоростная передача данных в ограниченном сетевом пространстве или локальной сети. Наиболее часто используемые протоколы включают протокол маршрутной информации (RIP) или промежуточную систему к промежуточной системе (IS-IS), которые предоставляют базовую функциональность маршрутизации для внутренних сетей и, таким образом, улучшают передачу данных по внутренним сетям. Поэтому можно сказать, что коммутаторы уровня 3 лучше всего работают во внутренних средах, которые являются однородными и быстрыми. Однако этого нельзя сказать о маршрутизаторах в WAN-сетях, где сложность протоколов гораздо выше.
Коммутация и маршрутизация: основные эксплуатационные различия
При исследовании коммутации и маршрутизации для меня наиболее отличительными характеристиками являются точки эксплуатационных различий. Коммутация в основном касается передачи пакетов локальной сети и происходит в локальной области сети, в которой MAC-адреса используются для пересылки кадров получателям. Это означает, что коммутаторы работают на уровне 2 модели OSI и подходят для быстрой внутренней связи в сети. Маршрутизация, однако, происходит на уровне 3 модели OSI и занимается взаимосвязью сетей путем пересылки пакетов данных по наилучшим возможным маршрутам с использованием информации об IP-адресах. Маршрутизаторы предоставляют этот тип средств, которые соединяют очень большие и разнородные сетевые среды с помощью алгоритмов маршрутизации, объединяющих различные протоколы. Таким образом, коммутация обеспечивает связь в пределах одной подсети с низкой задержкой, высокой скоростью и большим объемом передачи данных пакетов. В то же время маршрутизация включает в себя более сложные сценарии связи по нескольким сетевым доменам и областям.
Анализ производительности: высокоскоростные сети
Анализ теперь перейдет к высокоскоростным сетям, при этом будут отмечены несколько фактов, взятых из надежных онлайн-источников. Во-первых, высокоскоростные сети в основном ориентированы на сокращение задержек и увеличение скорости передачи данных. Они обычно используют такие технологии, как оптоволокно и интерфейсы с высокой пропускной способностью, которые необходимы для развертывания сетевых коммутаторов. Это неотъемлемая часть использования политик качества обслуживания для эффективного управления приоритетами и передачей данных. Кроме того, развертывание сетевых топологий, которые позволяют масштабировать доступную полосу пропускания, снижает эффекты узких мест. В результате улучшения производительности устройств эффективно управляют большими объемами данных в любых условиях работы сети, особенно при использовании коммутатора Ethernet.
Когда следует использовать коммутатор 3-го уровня вместо маршрутизатора
Сценарии оптимизации локальной сети
Использование коммутатора уровня 3 вместо маршрутизатора является оптимальным в трех ключевых сценариях внедрения. Во-первых, когда inter-VLAN находится в основе всего проекта, коммутаторы уровня 3 должны повышать производительность локальной сети, поддерживая связь между VLAN внутри коммутатора, одновременно мешая дополнительным устройствам маршрутизации. Во-вторых, для сетей с большой пропускной способностью, которым требуется снижение сложности сетевого администрирования, коммутаторы уровня 3 интегрируют процессы маршрутизации и коммутации и повышают эффективность за счет минимизации сложностей. Наконец, для экономичного использования предприятиями развертывание коммутаторов уровня 3 выгодно, поскольку они имеют меньшие задержки и эксплуатационные расходы, чем обычные маршрутизаторы, но сохраняют звуковые возможности маршрутизатора.
Соображения экономической эффективности и плотности портов
Коммутаторы уровня 3 более экономичны, чем маршрутизаторы, при этом предоставляя сопоставимые возможности, особенно в сценариях LAN. Они предлагают функции маршрутизации и коммутации в одном аппаратном блоке, что сокращает количество устройств и, таким образом, снижает эксплуатационные расходы всей сетевой структуры. Однако плотность портов также важна, поскольку коммутаторы уровня 3, как правило, имеют больше портов, чем маршрутизаторы, когда необходимо подключить несколько устройств. Эта повышенная плотность портов обеспечивает лучшую масштабируемость и будет балансировать нагрузку при растущей потребности в сети с более эффективным использованием ресурсов и более низкими затратами на инфраструктуру.
Интеграция VLAN с коммутаторами уровня 3
Эффекты интеграции VLAN обладают этими коммутаторами, поскольку они настроены на включение маршрутизации трафика между VLAN. В соответствии с передовой практикой, она начинается с настройки соответствующих параметров портов на коммутаторах уровня 3, которые также могут функционировать как устройства уровня 2. Некоторые из необходимых шагов включают включение маршрутизации VLAN, что может быть сделано, когда на коммутаторе установлена маршрутизация между VLAN. Чтобы разрешить функции маршрутизации, широковещательные передачи этих интерфейсов или широковещательные адреса VLAN (также известные как коммутируемые виртуальные интерфейсы SVI) назначаются каждой из VLAN. С технической точки зрения деятельность по развертыванию VLAN на коммутаторах уровня 3 выгодна, поскольку она снижает нагрузку на управление функциями маршрутизации и коммутации на их контактах, а также упрощает пересылку пакетов из одной подсети в другую без необходимости использования маршрутизаторов. Иногда обновление прошивки и следование передовой практике по обеспечению безопасности сети также может повысить производительность и надежность интеграции VLAN в сеть.
Комбинируйте и сочетайте: можно ли заменить маршрутизаторы коммутаторами уровня 3?
Понимание сосуществования коммутатора и маршрутизатора
Хотя и коммутаторы, и маршрутизаторы являются частями современной компьютерной сети, у них разные цели. Коммутаторы уровня 3, которые являются синтезом как коммутационных, так и маршрутизирующих элементов, являются довольно экономичными решениями для сред с ограниченным пространством, требующих высокой плотности портов и дополнительного управления сетью. Однако это не всегда так; некоторые конфигурации могут быть лучше всего обработаны маршрутизацией. Согласно ведущим источникам, маршрутизаторы полностью соответствуют критерию, когда необходимо объединить недостаточную связность между различными сетями и улучшить механизмы маршрутизации, такие как BGP или внешние соединения с WAN. Коммутаторы имеют явные преимущества во внутренней сегментации сети и используются для соединения устройств в одной сети. Следовательно, многие организации и их потребности выбрали компромисс. То есть коммутаторы уровня 3 предоставляют такие услуги, как соединение внутренних сетевых устройств, в то время как маршрутизаторы по внешним соединениям повышают общую надежность сети в различных сетевых конструкциях.
Изучение интеграции уровней 2 и 3
Интеграция уровней 2 и 3 в архитектуру сети повышает эффективность работы и расширяет сложность заданных сред. Коммутаторы уровня 2 обычно используются для коммутации кадров данных на основе MAC-адресов, которые очень применимы к взаимодействию в локальной сети (LAN) и связанной с этим задержке. В то же время уровень 3 добавил возможности, поскольку эти коммутаторы являются маршрутизаторами и могут выполнять функцию с IP-адресами, облегчая связь между различными VLAN и эффективную сегментацию сети. Как указывают ведущие веб-сайты, оптимальной стратегией интеграции является развертывание коммутаторов уровня 3 для локальной маршрутизации трафика и сегментации и обеспечение IP-маршрутизации через позвонки без других устройств маршрутизации. Этот метод также уменьшает сетевые конструкции и уровень перегрузки. Однако, учитывая характер современных сетей, коммутаторы уровня 3 должны быть развернуты на основе конкретных сетевых требований. В большинстве случаев может потребоваться много внутренних маршрутизаторов; таким образом, коммутаторы уровня 3 хорошо развернуты, но традиционные маршрутизаторы по-прежнему требуются, когда требуются внешние сложные протоколы маршрутизации.
Будущее сетевой инфраструктуры с коммутаторами уровня 3
В будущем, использование переключателей Capa 3, которое часто происходит в процессе межкамбио, приводит к тому, что можно использовать традиционную парадигму больших робаст, а также повышение эффективности, эффективность и полное сокращение. В результате того, что все красные переключатели стали более сложными и сложными, переключатели Capa 3 стали функционировать как функция энрутадора, но включили энрутацию в соответствующий процесс подключения. Это позволяет уменьшить нагрузку на трафик, пропорционально сегментации VLAN, и является лучшим способом расширения внутреннего трафика без проблем с количеством коммутаторов и без внешних маршрутизаторов. Адемас, контроль и безопасность красного цвета находятся в исходном состоянии. При использовании SDN коммутаторы Capa 3 также требуют много гибкости и адаптации для работы в конфигурациях красной динамики или виртуализации. В конечном счете, ваше применение может упростить функционирование наших средств, сократить расходы и создать базу для более надежных и устойчивых денег, а также надежной и устойчивой сети в коммерческой или инвестиционной среде.
Справочные источники
Маршрутизатор (вычислительная техника)
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
В: Чем коммутатор третьего уровня отличается от маршрутизатора?
A: Их основные различия связаны в первую очередь с их основным назначением, а также с уровнями OSI, на которых они функционируют. Коммутаторы уровня 3 выполняют функции маршрутизатора и другого коммутатора уровня 2, располагаясь между уровнем канала передачи данных (уровень 3) и сетевым уровнем (уровень 3). Основная функция маршрутизаторов — работа на уровне 3; следовательно, их задача — маршрутизация по разным сетям. Коммутаторы уровня XNUMX предназначены для сред локальных сетей (LAN) и, таким образом, имеют эффективную пересылку пакетов, в то время как маршрутизаторы более чем способны благодаря подключениям WAN.
В: В чем разница между пересылкой пакетов на коммутаторе третьего уровня и маршрутизаторе?
A: Пересылка пакетов в коммутаторе третьего уровня обычно происходит быстрее, чем в маршрутизаторе. Коммутаторы третьего уровня на уровне ASIC пытаются просматривать таблицы маршрутизации и пересылать пакеты со скоростью передачи данных. Подчиненные ЦП, обычно универсальные устройства, используются в качестве маршрутизаторов при обработке пакетов; однако это происходит намного медленнее. Хотя маршрутизаторы могут это делать, они предоставляют более сложный протокол маршрутизации, который может принимать больше решений о маршрутизации в среде глобальной сети (WAN).
В: Существуют ли условия, при которых коммутатор третьего уровня является лучшим выбором, чем маршрутизатор, и наоборот?
A: Коммутаторы уровня 3 обладают свойствами, которые позволяют им быть альтернативой маршрутизаторам в некоторых случаях, но они не будут оптимальными для всех размещений. Коммутаторы уровня 3 работают исключительно хорошо для больших сетей, которым требуются большие уровни скорости; однако другие более продвинутые функции, такие как функции маршрутизаторов, отсутствуют. Маршрутизаторы больше подходят для соединений WAN, где задействовано несколько параметров маршрутизации, или даже когда требуются такие функции, как трансляция сетевых адресов, а также VPN и обширные функции безопасности.
В: Где можно использовать коммутатор или маршрутизатор третьего уровня в модели OSI и почему?
A: В модели OSI коммутаторы уровня 2 работают только на канальном уровне, передавая данные на основе MAC-адресов. В лучшем случае их можно разместить на том же языке, как спицы для колеса. Именно здесь функция коммутаторов уровня 3 допускает отдельные домены коллизий, но устанавливается только один широковещательный домен. Коммутаторы уровня XNUMX, помимо функций уровня XNUMX, также могут выполнять маршрутизацию трафика для различных VLAN или подсетей с помощью IP-адресов. Маршрутизаторы часто связаны с этими функциями, поэтому они тоже могут это делать: они создают и регулируют широковещательные домены, а также сегментируют и определяют область действия сети.
В: Какие преимущества дают коммутаторы третьего уровня по сравнению с традиционными маршрутизаторами?
A: Коммутаторы уровня 3 предлагают несколько преимуществ по сравнению с обычными маршрутизаторами, например, более высокую скорость пересылки пакетов, более высокие порты для маршрутизации между VLAN и меньшие задержки. Они особенно подходят для больших сред LAN, где быстрая маршрутизация между несколькими VLAN имеет важное значение. Маршрутизаторы уровня 3 с несколькими портами Ethernet также, вероятно, будут экономически невыгодны для высокоплотных развертываний; вместо этого коммутаторы уровня 3 будут более экономичными.
В: Возможно ли соединить коммутаторы второго и третьего уровня в сети?
A: Безусловно, коммутаторы уровня 2 и уровня 3 могут сосуществовать в одной сети. Фактически, это очень распространенное явление в большинстве сетевых архитектур. Коммутаторы уровня 3 используются в качестве основных и распределительных коммутаторов для достижения маршрутизации между VLAN и высокоскоростного подключения в различных локальных сетях. Затем коммутаторы уровня 2 можно разместить на уровне доступа, где они подключают конечные устройства к сети. При такой стратифицированной конструкции нагрузки трафика в сети контролируются и сегментируются должным образом.
В: Имеют ли коммутаторы уровня 3 те же возможности маршрутизации, что и маршрутизаторы, и есть ли разница?
A: Оба уровня коммутаторов и маршрутизаторов являются устройствами маршрутизации IP; однако есть некоторые различия в том, что они могут делать. Например, в большинстве случаев маршрутизаторы поддерживают более полный набор протоколов маршрутизации и более продвинутые функции, полезные для более сложных ситуаций маршрутизации в других средах WAN. Они также имеют продвинутые функции, такие как глубокая проверка пакетов и надежные функции брандмауэра. Коммутаторы уровня 3 в той мере, в какой они могут обслуживать потребности маршрутизации большей части суши, но они ограничивают количество маршрутов или сложность логики маршрутизации, которые могут быть использованы.
В: Какие критерии следует учитывать при выборе маршрутизатора и коммутатора третьего уровня?
A: Размер сети, шаблоны трафика, смешанные протоколы маршрутизации, требования безопасности и масштабируемость могут в значительной степени повлиять на решение, если выбор делается между маршрутизатором и коммутаторами третьего уровня. Коммутаторы третьего уровня обеспечивают более быструю маршрутизацию ядра между VLAN и, таким образом, лучше подходят для больших сред LAN с интенсивным трафиком маршрутизации между VLAN. В сценариях WAN более сложная маршрутизация с большим количеством каналов обычно выполняется в маршрутизаторе. В качестве последнего фактора помните о необходимых портах, поскольку коммутаторы третьего уровня имеют более высокую плотность портов, чем маршрутизаторы в целом.