Quelles sont les différences entre un commutateur de couche 3 et un routeur?

Quelles sont les différences entre un commutateur de couche 3 et un routeur?
De nombreux amis demandent, quelle est la différence entre un routeur et unInterrupteur de couche 3? C'est une excellente question, et aujourd'hui les ingénieurs de Cobtel sont là pour fournir l'explication la plus professionnelle et la plus détaillée.

 

Lorsqu'un commutateur reçoit des données, il vérifie l'adresse MAC de destination, puis transmet les données via l'interface connectée à l'hôte de destination. Le commutateur peut le faire car il dispose d'une table d'adresse MAC intégrée, qui enregistre la correspondance entre toutes les adresses MAC sur le réseau et les ports du commutateur. Lorsqu'une trame de données doit être transmise, le commutateur consulte l'adresse MAC de destination dans la table d'adresse MAC pour trouver le port correspondant, c'est-à-dire, sachant quel port sur le commutateur L'appareil avec cette adresse MAC est connecté, puis le commutateur avance le cadre de données hors de ce port.

1. Le commutateur établit un mappage entre l'adresse MAC source dans la trame de données reçue et le port du commutateur, et l'écrit dans le tableau d'adresse MAC.

2. Le commutateur compare l'adresse MAC de destination dans la trame de données avec la table d'adresse MAC établie pour décider quel port transfère la trame de données.

3. Si l'adresse MAC de destination dans la trame de données n'est pas dans la table d'adresse MAC, la trame de données est transmise à tous les ports. Ce processus est appelé inondation (où le cadre de données est envoyé à tous les ports).

4. Les cadres de diffusion et de multidiffusion sont transmis à tous les ports.

 

Exemple: un réseau est illustré à la figure 1.

Figure 1 Tableau d'adresse de commutation

Tableau 1: Tableau de mappage d'adresses port / MAC

 

Par exemple, si l'hôte PC1 envoie une trame de données à l'hôte PC7. Une fois la trame de données envoyée au commutateur, le commutateur vérifie d'abord la table d'adresse MAC et constate que l'hôte PC7 est connecté à l'interface E 0 / 24, de sorte qu'elle transmet le cadre de données hors de l'interface E 0 / 24.

 

LeCommutateur EthernetApprend l'adresse MAC de chaque périphérique connecté et stocke cette adresse avec le port correspondant dans le tampon du commutateur, créant une table d'adresse MAC.

Lorsque l'adresse de destination d'une trame de données est dans la table d'adresse MAC, elle est transmise au port connecté au nœud de destination plutôt que sur tous les ports (si la trame de données est une trame de diffusion / multidiffusion, elle est transmise à tous les ports).

 

Lorsqu'un interrupteur comprend une boucle redondante, le commutateur Ethernet utilise le protocole d'arbre couvrant pour éviter la génération de boucle tout en permettant l'existence de chemins de sauvegarde.

 

 

La technologie de commutation de la couche 2 est relativement mature.Commutateurs de couche 2sont des périphériques de couche de liaison de données qui peuvent reconnaître les informations d'adresse MAC dans les paquets de données, en avant en fonction des adresses MAC, et enregistrer ces adresses MAC et les ports correspondants dans une table d'adresse interne.

 

Le flux de travail spécifique est le suivant:

(1) Lorsque le commutateur reçoit un paquet de données d'un certain port, il lit d'abord l'adresse MAC source dans l'en-tête de paquet pour savoir à quel port la machine avec l'adresse MAC source est connectée.
(2) Il lit ensuite l'adresse MAC de destination dans l'en-tête des paquets et recherche le port correspondant dans la table d'adresse.
(3) S'il y a un port correspondant dans le tableau pour cette adresse MAC de destination, le paquet de données est directement copié sur ce port.
(4) Si le port correspondant n'est pas trouvé dans le tableau, le paquet de données est diffusé à tous les ports. Lorsque la machine de destination répond à la machine source, le commutateur peut apprendre quel port correspond à l'adresse MAC de destination, de sorte que la prochaine fois que les données sont transmises, il n'a plus besoin de diffuser à tous les ports.

En parcourant continuellement ce processus, le commutateur de couche 2 peut apprendre toutes les informations d'adresse MAC sur le réseau et ainsi établir et maintenir sa propre table d'adresse.

 

(1) Étant donné que le commutateur échange simultanément des données sur la plupart des ports, il nécessite une bande passante de bus de commutation très large. Si un commutateur de couche 2 a des ports N, chacun avec une bande passante de M, la bande passante de bus du commutateur doit dépasser N × M pour le commutateur pour atteindre la commutation de vitesse de ligne.
(2) Apprendre l'adresse MAC de la machine connectée à chaque port et l'écrire dans le tableau d'adresse. La taille de la table d'adresse (généralement représentée de deux manières: l'une est la RAM tampon, l'autre est le nombre d'entrées de table MAC) affecte la capacité d'accès du commutateur.
(3) La plupart des commutateurs de couche 2 contiennent des puces ASIC spécialement conçues pour le traitement de la transmission des paquets de données, de sorte que la vitesse de transfert peut être très rapide. Étant donné que différents fabricants utilisent différents ASIC, cela affecte directement les performances du produit.

 

La commutation de couche 3 fonctionne à la couche réseau du modèle OSI. Il utilise les informations d'en-tête des paquets IP dans le protocole de troisième couche pour marquer les flux de service de données ultérieurs. Les paquets ultérieurs du même flux de service marqué sont passés à la couche de liaison de données de la deuxième couche, ouvrant ainsi un chemin entre l'adresse IP source et l'adresse IP de destination. Ce chemin passe par la couche de liaison de la deuxième couche. Avec ce chemin, les commutateurs de couche 3 n'ont pas besoin de déballer chaque paquet de données reçu pour déterminer l'itinéraire, mais peuvent dire directement le paquet de données et changer le flux de données.

Par exemple
Supposons que A souhaite envoyer des données à B, en connaissant l'IP de destination. Ensuite, A utilise le masque de sous-réseau pour obtenir l'adresse réseau et détermine si la destination IP est dans le même segment de réseau que lui-même.

Appareil A utilisant IP ------------ Switch Layer 3 Switch ---------------- Device B Utilisation d'IP

S'ils sont dans le même segment de réseau mais que A ne connaît pas l'adresse MAC requise pour le transfert des données, A envoie une demande ARP et B renvoie son adresse MAC. A utilise cette adresse MAC pour encapsuler le paquet de données et les envoie au commutateur. Le commutateur active le module de commutation de couche 2, recherche la table d'adresse MAC et transmet le paquet de données au port correspondant.

Si l'adresse IP de destination indique qu'elle n'est pas dans le même segment de réseau, alors A doit communiquer avec B. S'il n'y a pas de saisie d'adresse MAC correspondante dans le cache de flux, le premier paquet de données normal est envoyé à une passerelle par défaut. Cette passerelle par défaut (l'itinéraire par défaut du réseau) est généralement définie dans le système d'exploitation et correspond au module de routage de troisième couche. Par conséquent, pour les données qui ne sont pas dans le même sous-réseau, la première adresse MAC placée dans la table MAC est l'adresse MAC de la passerelle par défaut. Ensuite, le module de routage de troisième couche reçoit ce paquet de données, interroge la table de routage pour déterminer l'itinéraire vers B, construit un nouvel en-tête de trame avec l'adresse MAC de la passerelle par défaut en tant qu'adresse MAC source et l'adresse MAC de B comme adresse MAC de destination. Grâce à un certain mécanisme de déclenchement de reconnaissance, la correspondance entre les adresses MAC de A et B et le port de transfert est établie et enregistrée dans la table de cache de flux. Les données ultérieures de A à B sont directement gérées par le module de commutation de la couche 2. Ceci est communément appelé «routage unique, échanges multiples».

 

un. Le transfert de données à grande vitesse est réalisé grâce à l'intégration matérielle.
né Ce n'est pas une superposition simple d'un commutateur de couche 2 et d'un routeur. Le module de routage de la couche 3 est directement superposé au bus de panier à grande vitesse de l'interrupteur de couche 2, franchissant la limite de débit d'interface du routeur traditionnel, avec un taux allant jusqu'à des dizaines de Gbit / s. Comprenant la bande passante du plan arrière, ce sont deux paramètres importants des performances du commutateur de couche 3.
c. Le logiciel de routage simplifié simplifie le processus de routage.
d. La majeure partie du transfert de données, à l'exception de la sélection de routage nécessaire gérée par le logiciel de routage, est gérée par le module de couche 2 à grande vitesse. Le logiciel de routage est principalement très efficace et optimisé logiciel traité, et non une copie simple du logiciel dans les routeurs.

Donc:
Commutateur de couche 2: basé sur l'adresse MAC
Switch de couche 3: avec la fonctionnalité VLAN (Virtual LANS), commutation et routage, basée sur le réseau IP, c'est-à-dire.

 

Un routeur est un dispositif de couche 3, mais un commutateur de couche 3 peut fonctionner simultanément à la fois à la couche 3 et à la couche 2.

 

En fait, il existe des différences significatives entre les commutateurs de couche 3 et les routeurs:

 

Bien que les commutateurs et les routeurs de la couche 3 aient des fonctions de routage, elles ne peuvent pas être assimilées. Les routeurs ont non seulement des fonctions de routage, mais fournissent également des ports de commutation et des fonctions de pare-feu matériel supplémentaires, visant à rendre l'appareil plus polyvalent et pratique.

Comme les commutateurs de couche 2, les commutateurs de couche 3 gèrent principalement la commutation de données, mais ils ont également certaines fonctions de routage de base. Les commutateurs de couche 3 combinent la commutation de données avec les capacités de routage, mais leur fonction principale est toujours la commutation de données; tandis que les routeurs ont uniquement la fonction principale du transfert de routage.

 

La fonction de routage des commutateurs de couche 3 est généralement simple car elles sont principalement confrontées à des connexions LAN simples. Leurs fonctionnalités sont beaucoup moins complexes que les routeurs. Leur utilisation principale dans les LAN est de fournir une commutation de données rapide, ce qui est essentiel pour les échanges de données fréquents.

Les routeurs, en revanche, conviennent également aux connexions entre les Lans, mais leur fonction de routage se reflète davantage dans l'interconnexion entre différents types de réseaux, tels que les connexions entre les Lans et les WAN, les connexions entre les réseaux avec différents protocoles, etc. Leur avantage réside dans les autres réseaux. De plus, les routeurs ont une variété très riche de types d'interface pour se connecter avec divers types de réseaux, tandis que les commutateurs de couche 3 n'ont généralement que le même type d'interfaces LAN, ce qui est très simple.

 

Il existe une différence significative dans les opérations de commutation de paquets de données entre les routeurs et les commutateurs de couche 3.
Les routeurs effectuent généralement une commutation de paquets de données en fonction des processeurs réseau ou des moteurs de routage multi-fond.
Les commutateurs de couche 3 effectuent une commutation de paquets de données à l'aide de matériel spécialisé. Une fois le premier paquet de données envoyé au plan de contrôle pour la recherche de routage, le commutateur de couche 3 générera un tableau de mappage des adresses MAC et des adresses IP pour la recherche de plan de données. Lorsque le même flux de données passe à nouveau, il consultera ce tableau pour passer au lieu de l'envoyer au plan de contrôle pour la recherche de routage (c'est-à-dire, "routage unique, échanges multiples").

 

Cela améliore l'efficacité du transfert de paquets de données. La recherche de routage des commutateurs de couche 3 est destinée aux flux de données, et il utilise facilement la technologie de mise en cache et la technologie ASIC pour mettre en œuvre, économisant ainsi considérablement les coûts et réalisant un transfert rapide.
Les routeurs, cependant, utilisent une méthode de correspondance la plus longue plus complexe pour le transfert, qui est implémentée à l'aide de processeurs de réseau coûteux ou de processeurs multi-core, et le nombre de tables de routage est énorme, ce qui entraîne des coûts considérables.

 

Les commutateurs de couche 2 sont idéaux pour les petits LAN. Dans les petits LAN, les paquets de diffusion ont peu d'impact, et la fonction de commutation rapide, les ports d'accès multiples et le bas prix des commutateurs de couche 2 fournissent une solution très complète pour les petits utilisateurs du réseau.

La fonction la plus importante des commutateurs de couche 3 consiste à accélérer le transfert rapide des données dans de gros LAN, et l'ajout de fonctions de routage sert également à cet objectif. Si un grand réseau est divisé en petites LAN en fonction de facteurs tels que les départements et les régions, cela conduira à une grande quantité d'accès inter-réingestions. Le simple fait de l'utiliser des commutateurs de couche 2 ne peut pas obtenir un accès inter-réingestions;

Si seuls les routeurs sont utilisés, en raison du nombre limité d'interfaces et de la vitesse de transfert de routage lente, cela limitera la vitesse et l'échelle du réseau. L'utilisation de commutateurs de couche 3 avec les fonctions de routage et le transfert rapide devient le choix préféré.