レイヤー3スイッチとルーターの違いは何ですか？

レイヤー3スイッチとルーターの違いは何ですか？
多くの友人が尋ねます、ルーターととの違いは何ですかレイヤー3スイッチ？それは素晴らしい質問であり、今日のコブテルのエンジニアは、最も専門的で詳細な説明を提供するためにここにいます。

 

スイッチがデータを受信すると、宛先MACアドレスをチェックし、宛先ホストに接続されたインターフェイスを介してデータを転送します。スイッチは、ネットワーク上のすべてのMacアドレスとスイッチのポート間の対応を記録する組み込みのMacアドレステーブルが組み込まれているため、これを行うことができます。データフレームを転送する必要がある場合、スイッチはMACアドレステーブルの宛先MACアドレスを検索して対応するポートを見つけます。つまり、そのMACアドレスが接続されているデバイスのスイッチのポートを把握し、スイッチはそのポートからデータフレームを転送します。

1.スイッチは、受信したデータフレームのソースMACアドレスとスイッチのポート間のマッピングを確立し、MACアドレステーブルに書き込みます。

2.スイッチは、データフレームの宛先MACアドレスを確立されたMACアドレステーブルと比較して、データフレームを転送するポートを決定します。

3.データフレームの宛先MACアドレスがMACアドレステーブルにない場合、データフレームはすべてのポートに転送されます。このプロセスは洪水と呼ばれます（データフレームがすべてのポートに送信される場所）。

4.放送およびマルチキャストフレームは、すべてのポートに転送されます。

 

例：ネットワークを図1に示します。

図1スイッチアドレステーブル

表1：ポート/Macアドレスマッピングテーブル

 

たとえば、ホストPC1がPC7をホストするためにデータフレームを送信する場合。データフレームがスイッチに送信された後、スイッチは最初にMACアドレステーブルをチェックし、ホストPC7がE 0/24インターフェイスに接続されていることを確認するため、データフレームをE 0/24インターフェイスから転送します。

 

イーサネットスイッチ各接続されたデバイスのMACアドレスを学習し、このアドレスをスイッチのバッファー内の対応するポートとともに保存し、MACアドレステーブルを作成します。

データフレームの宛先アドレスがMACアドレステーブルにある場合、すべてのポートではなく宛先ノードに接続されたポートに転送されます（データフレームがブロードキャスト/マルチキャストフレームの場合、すべてのポートに転送されます）。

 

スイッチに冗長ループが含まれている場合、イーサネットスイッチはスパニングツリープロトコルを使用して、バックアップパスの存在を可能にしながらループの生成を回避します。

 

 

レイヤー2スイッチングテクノロジーは比較的成熟しています。レイヤー2スイッチデータパケットのMacアドレス情報を認識し、Macアドレスに基づいてフォワードし、内部アドレステーブルにこれらのMacアドレスと対応するポートを記録できるデータリンクレイヤーデバイスです。

 

特定のワークフローは次のとおりです。

（1）スイッチが特定のポートからデータパケットを受信すると、まずパケットヘッダーのソースMACアドレスを読み取り、ソースMACアドレスを持つマシンが接続されているポートを知ります。
（2）次に、パケットヘッダーの宛先MACアドレスを読み取り、アドレステーブルの対応するポートを調べます。
（3）この宛先MACアドレスのテーブルに対応するポートがある場合、データパケットはそのポートに直接コピーされます。
（4）対応するポートがテーブルにない場合、データパケットはすべてのポートにブロードキャストされます。宛先マシンがソースマシンに応答すると、スイッチは宛先MACアドレスに対応するポートを学習できるため、次にデータが送信されると、すべてのポートにブロードキャストする必要がなくなります。

このプロセスを継続的にサイクリングすることにより、レイヤー2スイッチはネットワーク上のすべてのMacアドレス情報を学習し、独自のアドレステーブルを確立および維持できます。

 

（1）スイッチは同時にほとんどのポートでデータを交換するため、非常に広いスイッチングバス帯域幅が必要です。レイヤー2スイッチにnポートがある場合、それぞれがmの帯域幅がある場合、スイッチのバス帯域幅は、スイッチがn×mを超えて、ライン速度スイッチングを達成する必要があります。
（2）各ポートに接続されたマシンのMACアドレスを学習し、アドレステーブルに書き込みます。アドレステーブルのサイズ（通常は2つの方法で表されます。1つはバッファーRAM、もう1つはMacテーブルエントリの数です）は、スイッチのアクセス容量に影響します。
（3）ほとんどのレイヤー2スイッチには、データパケット転送を処理するために特別に設計されたASICチップが含まれているため、転送速度は非常に高速になります。さまざまなメーカーが異なるASICを使用しているため、これは製品のパフォーマンスに直接影響します。

 

レイヤー3スイッチングは、OSIモデルのネットワークレイヤーで動作します。第3層プロトコルのIPパケットのヘッダー情報を使用して、後続のデータサービスフローをマークします。同じマークされたサービスフローの後続のパケットは、第2層データリンクレイヤーに切り替えられ、ソースIPアドレスと宛先IPアドレスの間にパスが開きます。このパスは、第2層リンクレイヤーを通過します。このパスを使用すると、レイヤー3スイッチは、ルートを決定するために各受信したデータパケットを開梱する必要はありませんが、データパケットを直接転送してデータフローを切り替えることができます。

例えば
Aが宛先IPを知って、Bにデータを送信したいと仮定します。次に、サブネットマスクを使用してネットワークアドレスを取得し、宛先IPがそれ自体と同じネットワークセグメントにあるかどうかを判断します。

IP ------------レイヤー3スイッチ---------------- device bを使用するデバイスA IPを使用します

それらが同じネットワークセグメントにあるが、Aがデータの転送に必要なMACアドレスを知らない場合、AはARP要求を送信し、BはMACアドレスを返します。 Aを使用して、データパケットをカプセル化してスイッチに送信します。スイッチはレイヤー2スイッチングモジュールをアクティブにし、MACアドレステーブルを検索し、データパケットを対応するポートに転送します。

宛先IPアドレスが同じネットワークセグメントにないことを示している場合、AはBと通信する必要があります。フローキャッシュに対応するMACアドレスエントリがない場合、最初の通常のデータパケットはデフォルトゲートウェイに送信されます。このデフォルトゲートウェイ（ネットワークのデフォルトルート）は通常、オペレーティングシステムに設定されており、第3層ルーティングモジュールに対応します。したがって、同じサブネットにないデータの場合、Macテーブルに配置された最初のMacアドレスは、デフォルトのゲートウェイのMacアドレスです。次に、第3層ルーティングモジュールがこのデータパケットを受信し、ルーティングテーブルをクエリしてBへのルートを決定し、デフォルトゲートウェイのMACアドレスをソースMACアドレスとして、BのMACアドレスを宛先MACアドレスとして構築します。特定の認識トリガーメカニズムにより、AとBのMACアドレスと転送ポートの対応がフローキャッシュテーブルに確立および記録されます。 AからBへの後続のデータは、レイヤー2スイッチングモジュールによって直接処理されます。これは一般に「1回限りのルーティング、複数の交換」と呼ばれます。

 

a。高速データ転送は、ハードウェア統合を通じて達成されます。
b。これは、レイヤー2スイッチとルーターの単純な重ね合わせではありません。レイヤー3ルーティングモジュールは、レイヤー2スイッチの高速バックプレーンバスに直接重ねられ、従来のルーターのインターフェイス速度制限を破り、最大数十GBIT/sのレートを獲得します。 BackPlane帯域幅を含む、これらはレイヤー3スイッチのパフォーマンスの2つの重要なパラメーターです。
c。簡素化されたルーティングソフトウェアにより、ルーティングプロセスがより簡単になります。
d。ルーティングソフトウェアによって処理される必要なルーティング選択を除き、ほとんどのデータ転送は、レイヤー2モジュールによって高速で処理されます。ルーティングソフトウェアは、ほとんど非常に効率的で最適化されたソフトウェアが処理されており、ルーターのソフトウェアの単純なコピーではありません。

したがって：
レイヤー2スイッチ：Macアドレスに基づいています
レイヤー3スイッチ：IP、IE、ネットワークに基づいて、VLAN機能（仮想LAN）、スイッチング、およびルーティングを使用します。

 

ルーターはレイヤー3デバイスですが、レイヤー3スイッチはレイヤー3とレイヤー2の両方で同時に動作できます。

 

実際、レイヤー3スイッチとルーターには大きな違いがあります。

 

レイヤー3スイッチとルーターの両方にルーティング機能がありますが、それらを同等にすることはできません。ルーターはルーティング機能を備えているだけでなく、スイッチポートと追加のハードウェアファイアウォール機能も提供し、デバイスをより汎用性が高く実用的にすることを目指しています。

レイヤー2スイッチと同様に、レイヤー3スイッチは主にデータスイッチングを処理しますが、基本的なルーティング関数もあります。レイヤー3スイッチは、データの切り替えとルーティング機能を組み合わせますが、その主な機能はまだデータの切り替えです。一方、ルーターには転送ルーティングの主な機能のみがあります。

 

レイヤー3スイッチのルーティング関数は、主に単純なLAN接続に直面しているため、通常簡単です。それらの機能は、ルーターよりはるかに複雑ではありません。 LANでの主な使用は、頻繁なデータ交換に不可欠な高速データスイッチングを提供することです。

一方、ルーターはLAN間の接続にも適していますが、ルーティング関数は、LANとWAN間の接続、さまざまなプロトコルのネットワーク間の接続など、さまざまなタイプのネットワーク間の相互接続に反映されています。さらに、ルーターには、さまざまなタイプのネットワークに接続するための非常に豊富な種類のインターフェイスタイプがありますが、レイヤー3スイッチには通常、同じタイプのLANインターフェイスのみがありますが、これは非常にシンプルです。

 

ルーターとレイヤー3スイッチの間のデータパケットスイッチング操作に大きな違いがあります。
ルーターは通常、ネットワークプロセッサまたはマルチコアルーティングエンジンに基づいてデータパケットスイッチングを実行します。
レイヤー3スイッチ特殊なハードウェアを使用して、データパケットスイッチングを実行します。ルーティングルックアップのために最初のデータパケットがコントロールプレーンに送信された後、レイヤー3スイッチは、データプレーンルックアップのためにMACアドレスのマッピングテーブルとIPアドレスを生成します。同じデータフローが再び通過すると、ルーティングルーティングのためにコントロールプレーンに送信する代わりに、このテーブルを調べて通過します（つまり、「1回限りのルーティング、複数の交換」）。

 

これにより、データパケット転送の効率が向上します。レイヤー3スイッチのルーティング検索はデータフロー用であり、キャッシュテクノロジーとASICテクノロジーを簡単に使用して実装するため、コストを大幅に節約し、早送りを達成します。
ただし、ルーターは、高価なネットワークプロセッサまたはマルチコアプロセッサを使用して実装される転送に、より複雑な最長の一致方法を使用します。ルーティングテーブルの数は膨大であり、その結果、かなりのコストがかかります。

 

レイヤー2スイッチは、小さなLANに最適です。小さなLANでは、ブロードキャストパケットにはほとんど影響がありません。高速スイッチング機能、複数のアクセスポート、レイヤー2スイッチの低価格は、小規模なネットワークユーザーに非常に完全なソリューションを提供します。

レイヤー3スイッチの最も重要な機能は、大きなLAN内のデータの迅速な転送を高速化することであり、ルーティング機能を追加することもこの目的に役立ちます。大規模なネットワークが部門や地域などの要因に応じて小さなLANに分割されている場合、これによりネットワーク間アクセスが大量に行われます。レイヤー2スイッチを使用するだけで、ネットワーク間アクセスを実現できません。

インターフェイスの数が限られているため、ルーターの転送速度が遅いため、ルーターのみが使用される場合、ネットワークの速度とスケールが制限されます。ルーティング機能と早送りを備えたレイヤー3スイッチを使用することが好ましい選択になります。