¿Qué son los interruptores Ethernet de la capa 1, 2 y 3?

La tecnología de conmutación de la capa 2 es relativamente madura. Los interruptores de la capa 2 son dispositivos de capa de enlace de datos que pueden reconocer la información de la dirección MAC en los paquetes de datos, los paquetes reenviados basados ​​en direcciones MAC y registrar estas direcciones MAC y sus puertos correspondientes en una tabla interna. El proceso de trabajo específico es el siguiente:

A. Cuando uninterruptor de EthernetRecibe un paquete de datos de cierto puerto, primero lee la dirección MAC de origen desde el encabezado del paquete, sabiendo así a qué puerto está conectado la máquina con la dirección MAC de origen.

B. Luego lee la dirección MAC de destino desde el encabezado del paquete y busca el puerto correspondiente en la tabla de direcciones.

C. Si la tabla contiene un puerto correspondiente a la dirección MAC de destino, el paquete de datos se copia directamente a ese puerto.

D. Si la tabla no encuentra un puerto correspondiente, el paquete de datos se transmite a todos los puertos. Cuando la máquina de destino responde a la máquina fuente, el conmutador puede aprender qué puerto corresponde a la dirección MAC de destino, de modo que se transmiten los datos de la próxima vez que se transmitan, ya no necesita transmitir a todos los puertos.

 

Este proceso sigue repitiendo, ayudando al Switch a aprender todas las direcciones MAC en la red y mantener su propia tabla de direcciones.

R. Dado que el conmutador intercambia datos simultáneamente en la mayoría de los puertos, requiere un ancho de banda amplio para el bus de conmutación. Si unInterruptor L2Tiene N Puertos, cada uno con un ancho de banda de M, puede lograr un cambio de velocidad de línea si el ancho de banda total de bus excede las n veces M.

B. Aprender las direcciones MAC de las máquinas conectadas a los puertos, escribirlas en la tabla de direcciones, el tamaño de la tabla de direcciones (generalmente representadas de dos maneras: RAM buffer o el número de entradas MAC) y el tamaño de la tabla de direcciones afecta la capacidad del interruptor para acceder.

C. La mayoría de los interruptores de capa 2 también contienen chips ASIC (circuitos integrados específicos de la aplicación) diseñados específicamente para el reenvío de paquetes de datos, lo que permite velocidades de reenvío muy rápidas. El rendimiento de los productos se ve directamente afectado por los ASIC utilizados por diferentes fabricantes.

Estos tres puntos son también los principales parámetros técnicos para evaluar el rendimiento deInterruptores de capa 2yInterruptores de capa 3.Preste atención a estos al considerar la selección de dispositivos.

Los enrutadores operan en la tercera capa del modelo OSI: la capa de red. Su modo de trabajo es similar al de los interruptores de la capa 2, pero los enrutadores funcionan en la tercera capa, lo que determina que usan información de control diferente y diferentes métodos para lograr sus funciones al reenviar paquetes. El principio de funcionamiento es que el enrutador también tiene una tabla interna que indica a dónde ir al lado para llegar a un determinado destino. Si el enrutador puede encontrar el siguiente paso en la tabla de enrutamiento, agrega la información de la capa de enlace y reenvía el paquete; Si no puede determinar el siguiente paso, descarta el paquete y devuelve una información a la dirección de origen.

La tecnología de enrutamiento esencialmente tiene dos funciones: encontrar la mejor ruta y reenviar paquetes de datos. La tabla de enrutamiento contiene varias información, y el algoritmo de enrutamiento calcula la mejor ruta a la dirección de destino. Luego, un mecanismo de reenvío relativamente simple y directo envía el paquete de datos. El siguiente enrutador sigue reenviando los datos de la misma manera, y así sucesivamente, hasta que el paquete llegue al enrutador de destino.

Hay dos formas diferentes de mantener la tabla de enrutamiento. Una es la actualización de la información de enrutamiento, donde se publica parte o la totalidad de la información de enrutamiento. Los enrutadores aprenden información de enrutamiento entre sí, dominando así la topología de toda la red. Este tipo de protocolo de enrutamiento se denomina protocolo de enrutamiento de vector de distancia. La otra es que los enrutadores transmiten su información de estado de enlace, aprenden entre sí para dominar la información de enrutamiento de toda la red y luego calcular la mejor ruta de reenvío. Este tipo de protocolo de enrutamiento se denomina protocolo de enrutamiento de estado de enlace.

Dado que los enrutadores deben realizar una gran cantidad de trabajo de cálculo de ruta, la capacidad de procesamiento del procesador de uso general determina directamente su rendimiento.

Por supuesto, esto se aplica a los enrutadores de mediana a baja, ya que los enrutadores de alta gama a menudo usan una arquitectura del sistema de procesamiento distribuido.

 

Los últimos años han visto mucha publicidad sobre la tecnología de la tercera capa, y todos hablan de ello. Algunos dicen que es una tecnología muy nueva, mientras que otros dicen que el cambio de capa 3 es solo una pila de enrutadores e interruptores de capa 2, nada nuevo. ¿Es este realmente el caso?

Configuración de red simple

Dispositivo A (usando IP) ----------- Switch de capa 3 -------- dispositivo B (usando IP)

Por ejemplo, si A desea enviar datos a B y conoce la IP de destino, A usa la máscara de subred para obtener la dirección de red y determina si la IP de destino está en el mismo segmento de red.

Si están en el mismo segmento pero A no sabe la dirección MAC necesaria para reenviar los datos, A envía una solicitud ARP y B responde con su dirección MAC. A luego encapsula el paquete de datos con esta dirección MAC y lo envía al conmutador. El conmutador activa el módulo de conmutación de la capa 2, busca la tabla de direcciones MAC y reenvía el paquete de datos al puerto correspondiente.

Si la dirección IP de destino muestra que no está en el mismo segmento, una necesidad de comunicarse con B. Si no hay una entrada de dirección MAC correspondiente en el caché de flujo, el primer paquete de datos normal se envía a una puerta de enlace predeterminada. Esta puerta de enlace predeterminada generalmente se establece en el sistema operativo y corresponde al módulo de enrutamiento de la capa 3. Por lo tanto, para los datos no en la misma subred, la primera entrada de dirección MAC en la tabla suele ser la dirección MAC de la puerta de enlace predeterminada.

Luego, el módulo de la capa 3 recibe este paquete de datos, consulta la tabla de enrutamiento para determinar la ruta a B, construye un nuevo encabezado de cuadro con la dirección MAC de la puerta de enlace predeterminada como la dirección MAC de origen y la dirección MAC de B como la dirección MAC de destino. A través de un cierto mecanismo de activación de reconocimiento, la correspondencia entre las direcciones MAC de A y B y el puerto de reenvío se establece y registra en la tabla de caché de flujo. Los datos posteriores de A a B se manejan directamente por el módulo de conmutación de la capa 2. Esto se conoce comúnmente como "enrutamiento único, reenvío múltiple".

A. El reenvío de datos de alta velocidad se logra mediante la integración de hardware.

B. Esta no es una simple pila de interruptores y enrutadores de capa 2. El módulo de enrutamiento de la capa 3 se apila directamente en el bus de plano posterior de alta velocidad de conmutación de la capa 2, rompiendo los límites de velocidad de interfaz de los enrutadores tradicionales, con tasas que alcanzan decenas de GBIT/s. Incluyendo el ancho de banda del plano posterior, estos son dos parámetros importantes para el rendimiento de los interruptores de la capa 3.

C. El software de enrutamiento simplificado hace que el proceso de enrutamiento sea más directo.

D. La mayoría del reenvío de datos, excepto la selección de enrutamiento necesaria manejada por el software de enrutamiento, se maneja mediante el módulo de la capa 2 a alta velocidad. El software de enrutamiento es en su mayoría altamente eficiente y optimizado, no una copia simple del software en enrutadores.

 

Los interruptores de capa 2 se utilizan en pequeñas redes de área local. Esto es evidente. En pequeños LAN, los paquetes de transmisión tienen poco impacto, y la función de conmutación rápida, múltiples puertos de acceso y el bajo precio de los conmutadores de la capa 2 proporcionan una solución muy completa para los pequeños usuarios de la red.

 

Los enrutadores son excelentes para redes grandes porque tienen muchos tipos de interfaz, funciones fuertes de capa 3 y potentes capacidades de enrutamiento. Sus fortalezas incluyen seleccionar las mejores rutas, distribución de carga, copias de seguridad de enlaces e intercambiar información de enrutamiento con otras redes.

 

El trabajo principal de los interruptores de la capa 3 es acelerar el reenvío de datos en LAN grandes, y agregar funciones de enrutamiento ayuda con eso. Si una red grande se divide en pequeños LAN de acuerdo con factores como departamentos y regiones, esto conducirá a una gran cantidad de acceso entre redes. El uso solo de interruptores de capa 2 no puede lograr el acceso entre redes.

 

Si solo se utilizan enrutadores, el número limitado de interfaces y la velocidad de reenvío de enrutamiento lenta restringirán la velocidad y la escala de la red. El uso de interruptores de la capa 3 con funciones de reenvío y enrutamiento rápido se convierte en la opción preferida.

 

En términos generales, en las redes con un gran tráfico de datos internos y altos requisitos para la respuesta de reenvío rápido, si todo el trabajo se realiza mediante interruptores de la capa 3, los hará sobrecargar y afectar la velocidad de respuesta. Es mejor dejar que los enrutadores manejen el enrutamiento entre redes, aprovechando al máximo las fortalezas de cada dispositivo. Por supuesto, esto requiere un cliente bien financiado. De lo contrario, los interruptores L3 también pueden manejar la conectividad entre redes.