Was sind die Unterschiede zwischen einem Schicht 3 -Schalter und einem Router?

Was sind die Unterschiede zwischen einem Schicht 3 -Schalter und einem Router?
Viele Freunde fragen, was ist der Unterschied zwischen einem Router und einemSchicht 3 Schalter? Das ist eine großartige Frage, und heute sind die Ingenieure von COBTEL hier, um die professionellste und detaillierteste Erklärung zu geben.

 

Wenn ein Switch Daten empfängt, überprüft er die Ziel -MAC -Adresse und leitet die Daten über die mit dem Zielhost verbundene Schnittstelle weiter. Der Switch kann dies tun, da er über eine integrierte MAC-Adresstabelle verfügt, in der die Korrespondenz zwischen allen MAC-Adressen im Netzwerk und den Switch-Ports aufgezeichnet wird. Wenn ein Datenrahmen weitergeleitet werden muss, sucht der Switch die Ziel -MAC -Adresse in der MAC -Adresstabelle, um den entsprechenden Port zu ermitteln, dh, weiß, welcher Port auf dem Switch das Gerät mit dieser MAC -Adresse angeschlossen ist, und dann den Schalter den Datenrahmen aus diesem Port vorwärts vorwärts.

1. Der Switch legt eine Zuordnung zwischen der Quell -MAC -Adresse im empfangenen Datenrahmen und dem Port des Switch fest und schreibt sie in die MAC -Adresstabelle.

2. Der Switch vergleicht die Ziel -MAC -Adresse im Datenrahmen mit der festgelegten MAC -Adresstabelle, um zu entscheiden, welchen Port der Datenrahmen weiterleitet.

3. Wenn sich die Ziel -MAC -Adresse im Datenrahmen nicht in der MAC -Adresstabelle befindet, wird der Datenrahmen an alle Ports weitergeleitet. Dieser Vorgang wird als Überschwemmung bezeichnet (wobei der Datenrahmen an alle Ports gesendet wird).

4. Rundfunk- und Multicast -Rahmen werden an alle Ports weitergeleitet.

 

Beispiel: Ein Netzwerk ist in Abbildung 1 dargestellt.

Abbildung 1 Switch -Adresstabelle

Tabelle 1: Port/MAC -Adresszuordnungstabelle

 

Wenn Host PC1 beispielsweise einen Datenrahmen an Host PC7 sendet. Nachdem der Datenrahmen an den Switch gesendet wurde, überprüft der Switch zunächst die MAC -Adresstabelle und stellt fest, dass Host PC7 mit der Schnittstelle E 0/24 verbunden ist, sodass der Datenrahmen aus der Schnittstelle von E 0/24 weitergeleitet wird.

 

DerEthernet -SwitchLernt die MAC -Adresse jedes angeschlossenen Geräts und speichert diese Adresse zusammen mit dem entsprechenden Port im Puffer des Switchs und erstellt eine MAC -Adresstabelle.

Wenn sich die Zieladresse eines Datenrahmens in der MAC -Adresstabelle befindet, wird sie an den an den Zielknoten verbundenen Port und nicht an alle Ports weitergeleitet (wenn der Datenrahmen ein Rundfunk-/Multicast -Frame ist, wird er an alle Ports weitergeleitet).

 

Wenn ein Schalter eine redundante Schleife enthält, verwendet der Ethernet -Schalter das Spanning -Baumprotokoll, um die Schleifenerzeugung zu vermeiden und gleichzeitig die Existenz von Sicherungspfaden zu ermöglichen.

 

 

Die Schicht -Switching -Technologie ist relativ ausgereift.Schicht 2 Schaltersind Datenverbindungsschichtgeräte, die die MAC -Adressinformationen in Datenpaketen erkennen, basierend auf MAC -Adressen weiterleiten und diese MAC -Adressen und entsprechenden Ports in einer internen Adresstabelle aufzeichnen.

 

Der spezifische Workflow ist wie folgt:

(1) Wenn der Switch ein Datenpaket von einem bestimmten Port empfängt, liest er zunächst die Quell -MAC -Adresse im Paketheader, um zu wissen, an welchem ​​Port der Computer mit der Quell -MAC -Adresse verbunden ist.
(2) Anschließend liest es die Ziel -MAC -Adresse im Paketheader und prüft den entsprechenden Port in der Adresstabelle.
(3) Wenn in der Tabelle für diese Ziel -MAC -Adresse ein entsprechender Port vorhanden ist, wird das Datenpaket direkt in diesen Port kopiert.
(4) Wenn der entsprechende Port nicht in der Tabelle zu finden ist, wird das Datenpaket an alle Ports übertragen. Wenn der Zielgerät auf den Quellmaschine reagiert, kann der Switch erfahren, welcher Port der Ziel -MAC -Adresse entspricht. Die nächsten Daten werden daher nicht mehr an alle Ports übertragen.

Durch kontinuierliches Radfahren dieses Prozesses kann der Layer -2 -Switch alle MAC -Adressinformationen im Netzwerk lernen und somit eine eigene Adresstabelle festlegen und verwalten.

 

(1) Da der Switch gleichzeitig Daten an den meisten Ports austauscht, erfordert er eine sehr breite Schaltbusbandbreite. Wenn ein Layer 2-Schalter N-Ports mit jeweils eine Bandbreite von M enthält, muss die Busbandbreite des Schalters N × M für den Schalter überschreiten, um eine Leitungsgeschwindigkeit zu erreichen.
(2) Erlernen der MAC -Adresse der an jeden Port angeschlossenen Maschine und das Schreiben in die Adresstabelle. Die Größe der Adresstabelle (normalerweise auf zwei Arten dargestellt: Einer ist Puffer -RAM, die andere ist die Anzahl der Mac -Tabelleneinträge) wirkt sich auf die Zugriffskapazität des Switchs aus.
(3) Die meisten Schaltschalter enthalten ASIC -Chips, die speziell für die Verarbeitung von Datenpaketen weitergeleitet wurden, sodass die Weiterleitungsgeschwindigkeit sehr schnell sein kann. Da verschiedene Hersteller unterschiedliche ASICs verwenden, wirkt sich dies direkt auf die Produktleistung aus.

 

Layer 3 Switching arbeitet in der Netzwerkebene des OSI -Modells. Es verwendet die Header-Informationen von IP-Paketen im Protokoll der dritten Schicht, um nachfolgende Datenserviceflüsse zu markieren. Nachfolgende Pakete mit demselben markierten Servicefluss werden auf die Datenverbindungsschicht der zweiten Schicht umgestellt, wodurch ein Pfad zwischen der Quell-IP-Adresse und der Ziel-IP-Adresse geöffnet wird. Dieser Pfad fließt durch die Linkschicht der zweiten Schicht. Mit diesem Pfad müssen Schaltschalter nicht jedes empfangene Datenpaket auspacken, um die Route zu bestimmen, sondern das Datenpaket direkt weiterleiten und den Datenfluss wechseln.

Zum Beispiel
Angenommen, A möchte Daten an B senden, wobei das Ziel -IP kennt. Anschließend verwendet A die Subnetzmaske, um die Netzwerkadresse zu erhalten, und stellt fest, ob sich die Ziel -IP im selben Netzwerksegment wie sich selbst befindet.

Gerät A Verwenden Sie IP ------------ Layer 3 Switch ---------------- Gerät B mit IP mit IP

Wenn sie sich im selben Netzwerksegment befinden, A jedoch die für die Weiterleitung von Daten erforderliche MAC -Adresse nicht kennt, sendet A eine ARP -Anforderung und B gibt seine MAC -Adresse zurück. A verwendet diese MAC -Adresse, um das Datenpaket zu verkapulieren und an den Switch zu sendet. Der Switch aktiviert das Layer 2 -Schaltmodul, schaut in der MAC -Adresstabelle nach und leitet das Datenpaket an den entsprechenden Port weiter.

Wenn die Ziel -IP -Adresse angibt, dass sie sich nicht im selben Netzwerksegment befindet, muss eine Eingabe von B im Flusscache mit B. kommunizieren, das erste normale Datenpaket wird an ein Standard -Gateway gesendet. Dieses Standard-Gateway (die Standardroute des Netzwerks) wird normalerweise im Betriebssystem eingestellt und entspricht dem Routing-Modul der dritten Schicht. Daher ist für Daten, die nicht im selben Subnetz sind, die erste MAC -Adresse in der Mac -Tabelle die MAC -Adresse des Standard -Gateways. Anschließend empfängt das Routing-Modul in der dritten Schicht dieses Datenpaket und befragt die Routing-Tabelle, um die Route zu B zu bestimmen, und erstellt einen neuen Frame-Header mit der MAC-Adresse des Standard-Gateways als Quell-MAC-Adresse und B-MAC-Adresse als Ziel-MAC-Adresse. Durch einen bestimmten Erkennungsauslösermechanismus wird die Korrespondenz zwischen A und Bs MAC -Adressen und dem Weiterleitungsanschluss in der Flow -Cache -Tabelle festgelegt und aufgezeichnet. Nachfolgende Daten von A nach B werden direkt vom Schaltmodul der Schicht 2 behandelt. Dies wird allgemein als "einmalige Routing, mehrere Börsen" bezeichnet.

 

A. Die Hochgeschwindigkeitsdatenweiterleitung wird durch Hardware-Integration erreicht.
B. Dies ist keine einfache Überlagerung eines Schicht -2 -Schalters und eines Routers. Das Layer-3-Routing-Modul ist direkt im Hochgeschwindigkeits-Backplane-Bus des Schaltschalters überlagert, wobei die Grenzflächenrate des herkömmlichen Routers mit einer Rate von bis zu zehn Gbit/s durchbricht. Inklusive Backplane -Bandbreite sind dies zwei wichtige Parameter der Schaltschalterleistung.
C. Eine vereinfachte Routing -Software erleichtert den Routing -Prozess einfacher.
D. Die meisten Datenweiterungen mit Ausnahme der erforderlichen Routing -Auswahl, die von der Routing -Software behandelt wird, wird vom Layer -2 -Modul mit hoher Geschwindigkeit behandelt. Die Routing -Software ist größtenteils hocheffizient und optimierte Software verarbeitet und keine einfache Kopie der Software in Routern.

Daher:
Layer 2 Switch: Basierend auf der MAC -Adresse
Layer 3 Switch: Mit VLAN -Funktionalität (virtuelle LANS), Schalt- und Routing, basierend auf IP, dh Netzwerk.

 

Ein Router ist ein Schicht 3 -Gerät, aber ein Schaltschalter kann gleichzeitig sowohl in Layer 3 als auch in Layer 2 gleichzeitig funktionieren.

 

Tatsächlich gibt es signifikante Unterschiede zwischen Schaltschalter und Routern: Router:

 

Obwohl sowohl Layer 3 -Switches als auch Router Routing -Funktionen haben, können sie nicht gleichgesetzt werden. Router haben nicht nur Routing -Funktionen, sondern bieten auch Switch -Ports und zusätzliche Hardware -Firewall -Funktionen, um das Gerät vielseitiger und praktischer zu gestalten.

Wie Layer -2 -Switches handelt es sich bei Layer 3 -Schalter hauptsächlich um die Datenschaltung, aber sie haben auch einige grundlegende Routing -Funktionen. Layer 3 -Switches kombinieren die Datenschaltung mit Routing -Funktionen, ihre Hauptfunktion ist jedoch immer noch die Datenschaltung. während Router nur die Hauptfunktion der Routing -Weiterleitung haben.

 

Die Routing -Funktion von Schaltschalter ist normalerweise einfach, da sie hauptsächlich einfache LAN -Verbindungen gegenübersehen. Ihre Merkmale sind weitaus weniger komplex als Router. Ihre Hauptverwendung in LANS besteht darin, eine schnelle Datenschaltung bereitzustellen, was für häufige Datenaustausch von wesentlicher Bedeutung ist.

Router hingegen sind auch für Verbindungen zwischen LANS geeignet, aber ihre Routing -Funktion spiegelt sich stärker in der Verbindung zwischen verschiedenen Arten von Netzwerken wider, z. B. Verbindungen zwischen Lans und WANs, Verbindungen zwischen Netzwerken mit unterschiedlichen Protokollen mit unterschiedlichen Protokollen usw. Darüber hinaus verfügen Router über eine sehr große Vielzahl von Schnittstellentypen, um mit verschiedenen Arten von Netzwerken verbunden zu werden, während die Schalter 3 im Allgemeinen nur die gleiche Art von LAN -Schnittstellen aufweisen, was sehr einfach ist.

 

Es gibt einen signifikanten Unterschied in den Umschaltvorgängen zwischen Routern und Layer 3 -Schalter.
Router führen im Allgemeinen Datenpaketschalter basierend auf Netzwerkprozessoren oder Multi-Core-Routing-Motoren durch.
Layer 3 -Switches führen Datenpaketschalter mit speziellen Hardware durch. Nachdem das erste Datenpaket für die Routing -Lookup an die Steuerebene gesendet wurde, generiert der Layer 3 -Switch eine Zuordnungstabelle mit MAC -Adressen und IP -Adressen für die Datenebene. Wenn der gleiche Datenfluss erneut übergeht, wird diese Tabelle nachgedacht, anstatt sie an die Steuerebene zu senden, um die Suche erneut zu leiten (dh "einmalige Routing, mehrere Börsen").

 

Dies verbessert die Effizienz der Datenpaketweiterung. Die Routing -Lookup von Layer 3 -Switches gilt für Datenströme und verwendet problemlos die Caching -Technologie und die ASIC -Technologie, um die Kosten stark zu sparen und eine schnelle Weiterleitung zu erreichen.
Router verwenden jedoch eine komplexeste längste Übereinstimmung für die Weiterleitung, die mit teuren Netzwerkprozessoren oder Multi-Core-Prozessoren implementiert wird, und die Anzahl der Routing-Tabellen ist enorm, was zu erheblichen Kosten führt.

 

Schicht 2 Schalter sind ideal für kleine Lans. In kleinen LANs haben Broadcast -Pakete nur geringe Auswirkungen, und die schnelle Switching -Funktion, mehrere Zugriffsanschlüsse und der niedrige Preis für Schalter 2 bieten eine sehr vollständige Lösung für kleine Netzwerkbenutzer.

Die wichtigste Funktion der Schaltschalter der Schicht 3 besteht darin, die schnelle Weiterleitung von Daten in großen LANs zu beschleunigen und Routing -Funktionen hinzuzufügen. Wenn ein großes Netzwerk entsprechend Faktoren wie Abteilungen und Regionen in kleine LANs unterteilt ist, führt dies zu einer großen Menge an Zugang zu Zwischenwerk. Einfaches Verwendung von Schalter 2 kann keinen Zwischenwerk zugreifen.

Wenn nur Router aufgrund der begrenzten Anzahl von Schnittstellen und einer langsamen Routing -Weiterleitungsgeschwindigkeit verwendet werden, begrenzt die Geschwindigkeit und Skala des Netzwerks. Die Verwendung von Schaltschalter mit Routing -Funktionen und schnelle Weiterleitung wird zur bevorzugten Wahl.