Quais são as diferenças entre um interruptor da camada 3 e um roteador?

Quais são as diferenças entre um interruptor da camada 3 e um roteador?
Muitos amigos perguntam: qual é a diferença entre um roteador e umSwitch da camada 3? Essa é uma ótima pergunta, e hoje os engenheiros de Cobtel estão aqui para fornecer a explicação mais profissional e detalhada.

 

Quando um comutador recebe dados, ele verifica o endereço MAC de destino e encaminha os dados através da interface conectada ao host de destino. O Switch pode fazer isso porque possui uma tabela de endereço MAC embutida, que registra a correspondência entre todos os endereços MAC na rede e as portas do Switch. Quando um quadro de dados precisa ser encaminhado, o comutador procura o endereço MAC de destino na tabela de endereço MAC para encontrar a porta correspondente, ou seja, sabendo qual porta na troca do dispositivo com esse endereço MAC está conectada e, em seguida, a chave encaminha o quadro de dados dessa porta.

1. O comutador estabelece um mapeamento entre o endereço MAC de origem no quadro de dados recebido e a porta do comutador e o grava na tabela de endereços MAC.

2. O comutador compara o endereço MAC de destino no quadro de dados com a tabela de endereço MAC estabelecida para decidir qual porta encaminhar o quadro de dados.

3. Se o endereço MAC de destino no quadro de dados não estiver na tabela de endereço MAC, o quadro de dados será encaminhado para todas as portas. Esse processo é chamado de inundação (onde o quadro de dados é enviado para todas as portas).

4. Os quadros de transmissão e multicast são encaminhados para todas as portas.

 

Exemplo: uma rede é mostrada na Figura 1.

Figura 1 Tabela de endereço de comutação

Tabela 1: Tabela de mapeamento de porta/endereço MAC

 

Por exemplo, se o host PC1 enviar um quadro de dados para host PC7. Depois que o quadro de dados é enviado para o comutador, o comutador verifica primeiro a tabela de endereço MAC e descobre que o host PC7 está conectado à interface E 0/24, para encaminhar o quadro de dados da interface E 0}/24.

 

OSwitch EthernetAprende o endereço MAC de cada dispositivo conectado e armazena esse endereço junto com a porta correspondente no buffer do comutador, criando uma tabela de endereço MAC.

Quando o endereço de destino de um quadro de dados está na tabela de endereço MAC, ele é encaminhado para a porta conectada ao nó de destino, em vez de todas as portas (se o quadro de dados for um quadro de transmissão/multicast, ele será encaminhado para todas as portas).

 

Quando um interruptor inclui um loop redundante, o interruptor Ethernet usa o protocolo de árvore de extensão para evitar a geração de loop, permitindo a existência de caminhos de backup.

 

 

A tecnologia de comutação da camada 2 é relativamente madura.Switches da camada 2são dispositivos de camada de link de dados que podem reconhecer as informações do endereço MAC em pacotes de dados, encaminhar com base nos endereços MAC e registrar esses endereços MAC e portas correspondentes em uma tabela de endereço interna.

 

O fluxo de trabalho específico é o seguinte:

(1) Quando o comutador recebe um pacote de dados de uma determinada porta, ele primeiro lê o endereço MAC de origem no cabeçalho do pacote para saber qual porta a máquina com o endereço MAC de origem está conectado.
(2) Em seguida, lê o endereço MAC de destino no cabeçalho do pacote e procura a porta correspondente na tabela de endereços.
(3) Se houver uma porta correspondente na tabela para este endereço MAC de destino, o pacote de dados será copiado diretamente para essa porta.
(4) Se a porta correspondente não for encontrada na tabela, o pacote de dados será transmitido para todas as portas. Quando a máquina de destino responde à máquina de origem, o comutador pode aprender qual porta corresponde ao endereço MAC de destino; portanto, na próxima vez que os dados forem transmitidos, ele não precisa mais transmitir a todas as portas.

Ao andar de bicicleta continuamente, o comutador da camada 2 pode aprender todas as informações do endereço MAC na rede e, assim, estabelecer e manter sua própria tabela de endereços.

 

(1) Como o comutador troca simultaneamente dados na maioria das portas, ele requer uma largura de banda de barramento de comutação muito ampla. Se um interruptor da camada 2 tiver portas N, cada uma com uma largura de banda de M, a largura de banda do barramento do Switch deve exceder n × m para o comutador obter a comutação de velocidade de linha.
(2) Aprendendo o endereço MAC da máquina conectada a cada porta e escrevendo -a na tabela de endereços. O tamanho da tabela de endereços (geralmente representada de duas maneiras: uma é a RAM buffer, a outra é o número de entradas da tabela MAC) afeta a capacidade de acesso do comutador.
(3) A maioria dos comutadores da camada 2 contém chips ASIC projetados especificamente para o processamento de dados de pacotes de dados, para que a velocidade de encaminhamento possa ser muito rápida. Como diferentes fabricantes usam ASICs diferentes, isso afeta diretamente o desempenho do produto.

 

A comutação da camada 3 opera na camada de rede do modelo OSI. Ele usa as informações do cabeçalho dos pacotes IP no protocolo de terceira camada para marcar os fluxos de serviço de dados subsequentes. Os pacotes subsequentes do mesmo fluxo de serviço marcado são alterados para a camada de link de dados da segunda camada, abrindo um caminho entre o endereço IP da origem e o endereço IP de destino. Esse caminho passa pela camada de link de segunda camada. Com esse caminho, os comutadores da camada 3 não precisam descompactar cada pacote de dados recebido para determinar a rota, mas pode encaminhar diretamente o pacote de dados e alternar o fluxo de dados.

Por exemplo
Suponha que A deseja enviar dados para B, conhecendo o IP de destino. Em seguida, a A usa a máscara de sub -rede para obter o endereço de rede e determina se o IP de destino está no mesmo segmento de rede que ele mesmo.

Dispositivo A Usando IP ------------ switch da camada 3 ---------------- dispositivo B usando IP

Se eles estiverem no mesmo segmento de rede, mas A não conhece o endereço MAC necessário para o encaminhamento de dados, a envia uma solicitação ARP e B retorna seu endereço MAC. A usa esse endereço MAC para encapsular o pacote de dados e o envia para o comutador. O comutador ativa o módulo de comutação da camada 2, procura a tabela de endereço MAC e encaminha o pacote de dados para a porta correspondente.

Se o endereço IP de destino indicar que não estiver no mesmo segmento de rede, será necessário se comunicar com B. Se não houver entrada de endereço MAC correspondente no cache de fluxo, o primeiro pacote de dados normal será enviado para um gateway padrão. Esse gateway padrão (a rota padrão da rede) geralmente é definida no sistema operacional e corresponde ao módulo de roteamento de terceira camada. Portanto, para dados que não estão na mesma sub -rede, o primeiro endereço MAC colocado na tabela MAC é o endereço MAC do gateway padrão. Em seguida, o módulo de roteamento de terceira camada recebe esse pacote de dados, consulta a tabela de roteamento para determinar a rota para B, constrói um novo cabeçalho de quadro com o endereço MAC do gateway padrão como o endereço MAC de origem e o endereço MAC de B como o endereço MAC de destino. Através de um certo mecanismo de gatilho de reconhecimento, a correspondência entre os endereços MAC de A e B e a porta de encaminhamento é estabelecida e registrada na tabela de cache de fluxo. Os dados subsequentes de A a B são tratados diretamente pelo módulo de comutação da camada 2. Isso é comumente referido como "trocas de roteamento único, várias trocas".

 

um. O encaminhamento de dados de alta velocidade é alcançado através da integração de hardware.
b. Esta não é uma superposição simples de um interruptor da camada 2 e um roteador. O módulo de roteamento da camada 3 é sobreposto diretamente ao barramento de backplane de alta velocidade do comutador da camada 2, quebrando o limite de taxa de interface do roteador tradicional, com uma taxa de até dezenas de Gbit/s. Incluindo largura de banda de backplane, esses são dois parâmetros importantes do desempenho da chave da camada 3.
c. O software de roteamento simplificado simplifica o processo de roteamento.
d. A maioria dos dados de encaminhamento de dados, exceto a seleção de roteamento necessária tratada pelo software de roteamento, é tratada pelo módulo da camada 2 em alta velocidade. O software de roteamento é principalmente altamente eficiente e otimizado de software processado, não uma cópia simples do software nos roteadores.

Portanto:
Switch da camada 2: com base no endereço MAC
Switch da camada 3: com a funcionalidade da VLAN (LANs virtuais), comutação e roteamento, com base no IP, ou seja, rede.

 

Um roteador é um dispositivo da camada 3, mas um comutador da camada 3 pode funcionar simultaneamente na camada 3 e na camada 2.

 

De fato, existem diferenças significativas entre os interruptores da camada 3 e os roteadores:

 

Embora os interruptores da camada 3 e os roteadores tenham funções de roteamento, eles não podem ser equiparados. Os roteadores não apenas têm funções de roteamento, mas também fornecem portas de comutador e funções adicionais de firewall de hardware, com o objetivo de tornar o dispositivo mais versátil e prático.

Como os comutadores da camada 2, os comutadores da camada 3 lidam principalmente com a comutação de dados, mas eles também possuem algumas funções básicas de roteamento. Os comutadores da camada 3 combinam a troca de dados com os recursos de roteamento, mas sua principal função ainda é a troca de dados; enquanto os roteadores têm apenas a principal função do encaminhamento de roteamento.

 

A função de roteamento dos interruptores da camada 3 geralmente é simples porque eles enfrentam principalmente conexões simples de LAN. Suas características são muito menos complexas que os roteadores. Seu uso principal na LANS é fornecer uma rápida comutação de dados, essencial para trocas de dados frequentes.

Os roteadores, por outro lado, também são adequados para conexões entre LANs, mas sua função de roteamento se reflete mais na interconexão entre diferentes tipos de redes, como conexões entre LANs e WANs, conexões entre redes com diferentes protocolos, etc. suas vantagens com outras redes. Além disso, os roteadores têm uma variedade muito rica de tipos de interface para se conectar com vários tipos de redes, enquanto os comutadores da camada 3 geralmente têm apenas o mesmo tipo de interfaces de LAN, o que é muito simples.

 

Há uma diferença significativa nas operações de comutação de pacotes de dados entre os roteadores e os comutadores da camada 3.
Os roteadores geralmente executam a comutação de pacotes de dados com base em processadores de rede ou mecanismos de roteamento de vários núcleos.
Os comutadores da camada 3 executam comutação de pacotes de dados usando hardware especializado. Depois que o primeiro pacote de dados for enviado para o plano de controle para a pesquisa de roteamento, o interruptor da camada 3 gerará uma tabela de mapeamento de endereços MAC e endereços IP para pesquisa de plano de dados. Quando o mesmo fluxo de dados passar novamente, ele procurará esta tabela para passar, em vez de enviá-lo para o plano de controle para rotear a pesquisa novamente (ou seja, "roteamento único, várias trocas").

 

Isso melhora a eficiência do encaminhamento de pacotes de dados. A pesquisa de roteamento dos comutadores da camada 3 é para fluxos de dados e utiliza facilmente a tecnologia de cache e a tecnologia ASIC para implementar, economizando muito os custos e alcançando o encaminhamento rápido.
Os roteadores, no entanto, usam um método de correspondência mais longo mais complexo para encaminhamento, que é implementado usando processadores de rede caros ou processadores de vários núcleos, e o número de tabelas de roteamento é enorme, resultando em custos consideráveis.

 

Os interruptores da camada 2 são ideais para pequenas LANs. Em LANs pequenas, os pacotes de transmissão têm pouco impacto, e a função de comutação rápida, várias portas de acesso e o baixo preço da camada 2 fornecem uma solução muito completa para pequenos usuários de rede.

A função mais importante dos comutadores da camada 3 é acelerar o rápido encaminhamento de dados em grandes LANs, e a adição de funções de roteamento também serve a esse objetivo. Se uma grande rede for dividida em pequenas LANs de acordo com fatores como departamentos e regiões, isso levará a uma grande quantidade de acesso à rede. Simplesmente usar comutadores da camada 2 não pode obter acesso entre rede;

Se apenas os roteadores forem usados, devido ao número limitado de interfaces e à velocidade de encaminhamento de roteamento lento, ele limitará a velocidade e a escala da rede. O uso de comutadores da camada 3 com funções de roteamento e encaminhamento rápido se torna a escolha preferida.