レイヤー1、2、および3つのイーサネットスイッチとは何ですか？
Nov 18, 2024
伝言を残す
1。レイヤー2スイッチングテクノロジー
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スイッチは、データパケットのMacアドレス情報、Macアドレスに基づいてフォワードパケットを認識し、これらのMacアドレスと対応するポートを内部テーブルに記録できるデータリンクレイヤーデバイスです。特定の作業プロセスは次のとおりです。
A. aイーサネットスイッチ特定のポートからデータパケットを受信し、最初にパケットヘッダーからソースMACアドレスを読み取るため、ソースMACアドレスを備えたマシンが接続されているポートがわかります。
B.次に、パケットヘッダーから宛先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。
C.テーブルに宛先MACアドレスに対応するポートが含まれている場合、データパケットはそのポートに直接コピーされます。
D.テーブルに対応するポートが見つからない場合、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。
このプロセスは繰り返し続け、スイッチがネットワーク内のすべてのMacアドレスを学習し、独自のアドレステーブルを維持するのを支援します。
レイヤー2スイッチの動作原理から、次の3つのポイントを推測できます。
A.スイッチはほとんどのポートで同時にデータを交換するため、スイッチングバスには広い帯域幅が必要です。 aL2スイッチそれぞれがmの帯域幅を持つNポートがあり、総バス帯域幅がn回を超えるとライン速度スイッチングを実現できます。
B.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、アドレステーブルのサイズ（通常、バッファラムまたはMACエントリの数の2つの方法で表される）、およびアドレステーブルのサイズがスイッチのアクセス容量に影響します。
C.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用に特別に設計されたASICチップ（アプリケーション固有の統合回路）も含まれており、非常に早送り速度が可能です。製品のパフォーマンスは、さまざまなメーカーが使用するASICによって直接影響を受けます。
2。ルーティングテクノロジー
ルーターは、OSIモデル、つまりネットワーク層の3番目の層で動作します。作業モードはレイヤー2スイッチの動作モードと似ていますが、ルーターは3番目のレイヤーで動作します。これにより、パケットを転送するときに機能を実現するために異なる制御情報と異なる方法を使用することが判断されます。実用的な原則は、ルーターには、特定の目的地に到達するために隣に行く場所を示す内部テーブルもあるということです。ルーターがルーティングテーブルで次のステップを見つけることができる場合、リンクレイヤー情報を追加してパケットを転送します。次のステップを決定できない場合、パケットを破棄し、情報をソースアドレスに返します。
ルーティングテクノロジーには、基本的に2つの機能があります。最適なルートを見つけることと、データパケットを転送します。ルーティングテーブルにはさまざまな情報が含まれており、ルーティングアルゴリズムは宛先アドレスへの最適なパスを計算します。次に、比較的単純で直接転送メカニズムがデータパケットを送信します。次のルーターは、パケットが宛先ルーターに到達するまで、同じようにデータを転送し続けます。
ルーティングテーブルを維持するには、2つの異なる方法があります。 1つは、ルーティング情報の更新です。ここでは、ルーティング情報の一部またはすべてが公開されています。ルーターは互いにルーティング情報を学習し、ネットワーク全体のトポロジをマスターします。このタイプのルーティングプロトコルは、距離ベクトルルーティングプロトコルと呼ばれます。もう1つは、ルーターがリンク状態情報をブロードキャストし、ネットワークのルーティング情報全体をマスターし、最適な転送パスを計算するために互いに学習していることです。このタイプのルーティングプロトコルは、リンク状態ルーティングプロトコルと呼ばれます。
ルーターは大量のパス計算作業を実行する必要があるため、汎用プロセッサの処理能力はパフォーマンスを直接決定します。
もちろん、これは、ハイエンドルーターが分散処理システムアーキテクチャを使用することが多いため、中程度のルーターに適用されます。
3。レイヤー3スイッチングテクノロジー
近年、サードレイヤー技術について多くの誇大宣伝があり、誰もがそれについて話しています。それは非常に新しいテクノロジーだと言う人もいれば、レイヤー3スイッチングはルーターとレイヤー2スイッチのスタックであり、新しいものは何もないと言う人もいます。これは本当にそうですか？
3.1まず、レイヤー3の作業プロセスを単純なネットワークを介して見てみましょう。
単純なネットワークのセットアップ
デバイスA（IPを使用）-----------レイヤー3スイッチ--------デバイスB（IPを使用）
たとえば、AがデータをBに送信し、宛先IPを把握したい場合、aは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。
それらが同じセグメントにあるが、Aがデータの転送に必要なMACアドレスがわからない場合、AはARP要求を送信し、BはMACアドレスで返信します。次に、このMACアドレスでデータパケットをカプセル化し、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アドレスが同じセグメントにないことを示している場合、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は通常、オペレーティングシステムに設定されており、レイヤー3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、テーブルの最初のMACアドレスエントリは通常、デフォルトゲートウェイのMACアドレスです。
次に、レイヤー3モジュールは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を通じて、AとBのMACアドレスと転送ポートの間の対応が確立され、フローキャッシュテーブルに記録されます。 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、複数の転送」と呼ばれます。
3.2上記は、どのようにレイヤー3イーサネットスイッチ作品。レイヤー3スイッチングの特性は次のとおりです。
A.高速データ転送は、ハードウェア統合によって達成されます。
B.これは、レイヤー2スイッチとルーターの単純なスタックではありません。レイヤー3ルーティングモジュールは、レイヤー2スイッチングの高速バックプレーンバスに直接積み上げられ、従来のルーターのインターフェイスレート制限を突破し、レートは数十Gbit/sに達します。 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ための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。
4。結論
レイヤー2スイッチは、小さなローカルエリアネットワークで使用されます。これは自明です。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。
ルーターは、多くのインターフェイスタイプ、強力なレイヤー3機能、強力なルーティング機能を備えているため、大規模なネットワークに最適です。それらの長所には、最適なルートの選択、ロード分布、リンクバックアップ、および他のネットワークとのルーティング情報の交換が含まれます。
レイヤー3スイッチの主な仕事は、大きなLANでのデータ転送をスピードアップすることであり、ルーティング関数を追加することはそれに役立ちます。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スイッチのみを使用することは、ネットワーク間アクセスを実現できません。
ルーターのみが使用される場合、インターフェイスの数が限られており、ルーティング転送速度が遅いため、ネットワーク速度とスケールが制限されます。早送りおよびルーティング関数を備えたレイヤー3スイッチを使用することが好ましい選択になります。
一般的に言えば、大規模な内部データトラフィックと高速転送応答のための高い要件を備えたネットワークでは、すべての作業がレイヤー3スイッチによって行われた場合、それらが過負荷になり、応答速度に影響します。ルーターがネットワーク間ルーティングを処理し、各デバイスの強みを最大限に活用できるようにする方が良いでしょう。もちろん、これには十分に資金提供されたクライアントが必要です。それ以外の場合、L3スイッチはネットワーク間接続を処理することもできます。
