تفاوت سوئیچ لایه ۲ و لایه ۳ چیست ؟

سوئیچ‌ها در سطح لایه‌های مختلف کار می‌کنند. برخی سوئیچ‌ها در سطح لایه ۲ عمل می‌کنند و برخی در سطح لایه ۳.

• ولی تفاوت سوئیچ لایه ۲ و سوئیچ لایه ۳ در چیست؟

سایت آی تی تلکام قصد دارد در این نوشتار شما را با تفاوت سوئیچ لایه ۲ و لایه ۳ آشنا کند.

به طور کلی، در صورتی که می‌خواهید تمام دستگاه‌های شبکه و دستگاه‌های مشتری را در یک شبکه متصل کنید، سوئیچ لایه ۲ یکی از دستگاه‌های اساسی است که شما به آن نیاز دارید. هنگامی که بین LANها (شبکه‌های محلی) / VLANها (شبکه‌های مجازی محلی) یا WAN (شبکه منطقه گسترده) جابجا می‌شوید، روتر همان دستگاهی است که به شما کمک می‌کند تا این شبکه‌های مختلف را به هم متصل کنید.

در حین این‌که تنوع برنامه‌های شبکه افزایش می‌یابد و اجرای شبکه‌های همگرا رشد می‌کند، سوئیچ‌های شبکه جدید مانند سوئیچ لایه ۳ در هر دو مرکز داده، شبکه‌های سازمانی پیچیده، اپلیکیشن‌های تجاری و حتی پروژه‌های پیشرفته مشتری شکوفا می‌شود.

لایه‌های دو و سه چه هستند؟

اصطلاحات لایه دو و سه از مدل اتصال متقابل سامانه‌های باز ( OSI model) گرفته شده است که یک مدل مرجع برای توصیف و توضیح ارتباطات شبکه است.

مدل OSI دارای هفت لایه است:

• لایه کاربرد،
• لایه ارائه،
• لایه جلسه،
• لایه انتقال،
• لایه شبکه،
• لایه پیوند داده و
• لایه فیزیکی،

که در این میان لایه شبکه همان لایه ۳ و لایه پیوند داده همان لایه ۲ است. حال به تفاوت سوئیچ لایه ۲ و لایه ۳ می پردازیم:

لایه ۲

لایه ۲ انتقال مستقیم داده‌ها بین دو دستگاه را در یک شبکه فراهم می‌کند. یک سوئیچ لایه ۲ با نگه داشتن یک جدول از آدرس‌های زیرلایه نظارت بر دسترسی به رسانه انتقال ( MAC) عملکرد خود را انجام می‌دهد. این سوئیچ جدول آدرس MAC، آدرس‌های مک سخت افزار که یاد گرفته و پورت فیزیکی مربوطه را که آخرین بار دیده می‌شود، ثبت می‌کند.فریم‌های داده با آدرس MAC فقط در داخل شبکه فعال می‌شوند و در خارج از آن شناخته نمی‌شوند. سوئیچ لایه ۲ می‌تواند VLANها را برای پورت‌های خاص سوئیچ که به نوبه خود در زیرشبکه‌های مختلف لایه ۳ قرار دارند، اختصاص بدهد. بنابراین ارتباط با سایر شبکه‌های LAN یا VLAN، به عملکرد لایه ۳ نیاز دارد.

لایه ۳

لایه ۳ روتینگ بسته اطلاعاتی (Packet routing) را با آدرس منطقی و کنترل زیر شبکه مدیریت می‌کند. روتر رایج‌ترین دستگاه شبکه متعلق به لایه ۳ است و برای بسته‌های اطلاعاتی به آدرس IP مقصد ( پروتکل اینترنت) مسیریابی می‌کند. در لایه ۳، روتر آدرس IPهای منبع و مقصد هر بسته اطلاعاتی را در جدول روتینگ IPاش بررسی می‌کند و بهترین هاپ ( hop) پرش بعدی را برای بسته (برای روتر یا سوئیچ) تعیین می‌کند.اگر هیچ IP مقصدی در جدول یافت نشد، بسته را رها می‌کند مگر آنکه یک روتر پیش فرض داشته باشد. بنابراین، فرآیند روتینگ اغلب باعث کمی تاخیر زمانی می‌شود.

سوئیچ لایه ۲، لایه ۳ و روتر

عملکردهای یک سوئیچ لایه ۳ (یا سوئیچ چند لایه) ترکیبی از عملکرد یک سوئیچ لایه ۲ و کمی از عملکرد روتر است. در اصل، آنها سه دستگاه مختلف هستند که برای کاربردهای مختلف طراحی شده‌اند که به طور قابل توجهی به عملکردهایی که می‌توانند ارائه دهند، بستگی دارند. اما در عملکردهایشان نیز شباهت‌هایی دارند.

تفاوت سوئیچ لایه ۲ و لایه ۳

تفاوت اصلی بین لایه ۲ و لایه ۳ در عملکرد روتینگ است. عملکرد روتینگ در عین حال بزرگترین تفاوت سوئیچ لایه ۲ و لایه ۳ هم است. سوئیچ لایه ۲  تنها با آدرس MAC کار می‌کند و به آدرس IP یا مواردی از لایه‌های بالاتر اهمیتی نمی‌دهد. تمام کارهایی را که سوئیچ لایه ۲  انجام می‌دهد را سوئیچ لایه ۳ هم می‌تواند انجام بدهد.علاوه بر این، سوئیچ لایه ۳ می‌تواند روتینگ استاتیک و روتینگ داینامیک را نیز انجام دهد به این معنا که یک سوئیچ لایه ۳ هم جدول آدرس MAC و هم جدول روتینگ IP را دارد و همچنین ارتباطات درون VLAN و روتینگ بسته‌های اطلاعاتی را نیز بین VLANهای مختلف مدیریت می‌کند. سوئیچی که تنها روتینگ استاتیک را اضافه می‌کند به عنوان لایه ۲+ یا لایه ۳ لایت (LITE) شناخته می‌شود.

سوئیچ‌های لایه ۳ به غیر از روتینگ بسته‌های اطلاعاتی برخی عملکردهای دیگر را نیز شامل می‌شوند که به توانایی درک اطلاعات آدرس آی‌پی داده‌های وارد شده به سوئیچ (مانند  تگ کردن ترافیک VLAN بر اساس آدرس IP به جای پیکربندی دستی پورت) نیاز دارد. قدرت و امنیت سوئیچ‌های لایه ۳ در صورت نیاز افزایش می‌یابد.

جمع بندی

به طور کلی، سوئیچ‌های لایه ۳ سریع‌تر از روتر هستند، اما برخی از ویژگی‌های پیشرفته روترها را ندارند. در یک سوئیچ لایه ۳، پس از اینکه آدرس مقصد در جدول روتینگ IP برای اولین بار جستجو شده است، یک ورودی کش در حافظه سریع ساخته می‌شود. دفعه‌ بعدی که آدرس مقصد نمایش داده می‌شود، سوئیچ لایه ۳ نیازی به جستجو در جدول ندارد، بلکه فقط اطلاعات بعدی را از حافظه کش ذخیره می‌کند و سپس بسته را فعال می‌کند.بنابراین سوئیچ لایه ۳ مسیر بسته‌های اطلاعاتی را سریعتر از یک روتر هدایت می‌کند. با این حال، یک سوئیچ لایه ۳ اساسا در محیط شبکه‌های محلی مورد استفاده قرار می‌گیرد که روتینگ مورد نیاز است. سوئیچ لایه ۳ برخی از ویژگی‌های کیفیت خدمات (QoS) را ندارد و از برگردان نشانی شبکه (NAT) پشتیبانی نمی‌کند. بر خلاف سوئیچ‌های لایه ۳، روترها بسیاری از فناوری‌های مختلف WAN را پشتیبانی می‌کنند. یکی دیگر از تفاوت‌ها این است که سوئیچ‌های لایه ۳ و روترهای های اند (HIGH END) به طور کلی بسته‌های اطلاعاتی را روی سخت‌افزار ( مانند برنامه خاص یک مدار مجتمع (ASCI) ) هدایت می‌کنند، اما روتر مصارف عمومی از نرم افزار برای تعیین مسیر استفاده می‌کند.

شما کدام دستگاه را نیاز دارید؟

با ظهور سوئیچ لایه ۳، مشکل تعیین زمان استفاده از سوئیچ لایه ۲ و زمان استفاده سوئیچ لایه ۳ و انتخاب سوئیچ لایه ۳ برای روتینگ یا انتخاب روتر، برای بسیاری از مردم آزاردهنده است.

• کدام دستگاه برای نیازهای شما بهتر است؟

هنگامی که بین سوئیچ لایه ۲ و لایه ۳ می‌خواهید یکی را انتخاب کنید، باید در مورد جایی که قرار است سوئیچ مورد استفاده قرار بگیرد فکر کنید. اگر یک دامنه خالص لایه ۲ دارید، می‌توانید به سادگی سراغ سوئیچ لایه ۲ بروید؛ اگر لازم است روتینگ بین VLAN انجام دهید، سپس به یک سوئیچ لایه ۳ نیاز دارید. دامنه خالص لایه ۲  جایی است که میزبان‌ها متصل هستند، بنابراین سوئیچ لایه ۲ در آن به خوبی کار می‌کند.

این در توپولوژی شبکه لایه دسترسی نامیده می‌شود. اگر برای جمع کردن سوئیچ‌های دسترسی چندگانه و روتینگ بین VLAN نیاز به سوئیچ دارید، یک سوئیچ لایه ۳ مناسب است. این به عنوان لایه توزیع در توپولوژی شبکه شناخته می‌شود.

از آنجایی که هر دو سوئیچ لایه ۳ و روتر دارای عملکرد روتینگ هستند،

• کدام یک بهتر است؟

در واقع مسئله این نیست که کدام یک از آن‌ها بهتر است چرا که هر دو برای کاربردهای خاصی مفید هستند. اگر می‌خواهید سوئیچینگ زیاد و روتینگ بین VLAN انجام دهید و نیازی به روتینگ بیشتر برای رساننده خدمات اینترنت (ISP)  /  WAN نداشته باشید، سوئیچ لایه ۳ برای‌تان بسیار مناسب است. در غیر این صورت، باید سراغ روتر بروید که بیشتر ویژگی‌های لایه ۳ را دارد.

پارامترهای کلیدی که باید برای خرید سوئیچ لایه ۳ و لایه ۲ مد نظر داشته باشید

در مورد تفاوت سوئیچ لایه ۲ و لایه ۳ باید گفت که اگر قرار است یک سوئیچ لایه ۲ یا لایه ۳ برای مصرف خودتان خریداری ‌کنید، برخی پارامترهای کلیدی وجود دارند که باید مد نظر داشته باشید، این پارامترها عبارتند از نرخ فوروارد، پهنای باند backplane، تعداد VLANها، حافظه آدرس مک، زمان تاخیر و غیره.

نرخ فوروارد (یا نرخ توان عملیاتی) عبارت است از قابلیت ارسال بک پلین. هنگامی که قابلیت ارسال بیشتر از مجموع سرعتهای تمام پورت‌ها است، ما backplane را غیر مسدود می‌نامیم. نرخ فوروارد به صورت بسته در ثانیه (pps) بیان می‌شود. فرمول زیر نحوه محاسبه نرخ فوروارد یک سوئیچ است:

نرخ فوروارد (pps) = تعداد پورت Gbit۱۰ / s  * PPS۱۴۸۸۰۹۵۰ + تعداد پورتهای 1 گیگابیت / ثانیه * PPS۱۴۸۸۰۹۵۰ + تعداد پورتهای / s ۱۰۰* Mbit pps۱۴۸۸۰۹

پارامتر بعدی پهنای باند backplane یا ظرفیت فابریک سوئیچ است که مجموع سرعت تمام پورتها است. مجموع سرعتهای تمام پورتها دو بار حساب می‌شود، یکی برای جهت Tx و یکی برای جهت Rx. پهنای باند backplane به صورت بیت در ثانیه (bps یا bit / s) بیان می‌شود.

پهنای باند بک پلین (bps) = شماره پورت * نرخ داده پورت * 2

پارامترهای مهم دیگر تعداد VLANها هستند که می‌توانند پیکربندی شوند. به طور کلی، k۱ = ۱۲۰۴ VLAN برای یک سوئیچ لایه ۲ کافی است و تعداد معمولی VLANها برای سوئیچ لایه ۳ ۴۰۹۶K = ۴ است. حافظه جدول آدرس MAC تعدادی آدرس MAC است که یک سوئیچ می‌تواند حفظ کند، معمولا به صورت ۸k یا ۱۲۸k بیان می‌شود. زمان تأخیر، زمانی است که انتقال داده دچار مشکل می‌شود.

لازم است که این زمان تا حد ممکن کوتاه باشد، بنابراین تاخیر معمولا با نانوثانیه (ns) بیان می‌شود.

خلاصه

این نوشتار تفاوت سوئیچ لایه ۲ و لایه ۳ و دستگاه‌های معمول مورد استفاده در این لایه‌ها را توضیح داده است، از جمله سوئیچ لایه ۲، سوئیچ لایه ۳ و روتر. مقایسه عملکرد آنها نیز با امید حل مسئله تفاوت سوئیچ لایه ۲ و لایه ۳ و تصمیم‌گیری میان انتخاب این دستگاه‌ها صورت گرفته است. همچنین پارامترهای کلیدی برای اندازه‌گیری سوئیچ لایه ۲ یا سوئیچ لایه ۳ نیز مورد بحث قرار گرفته است.

همیشه اینطور نیست که دستگاه‌های پیشرفته‌تر بهتر هستند، اما درست است که برای کاربرد خاص خودتان مناسب‌ترین انتخاب را داشته باشید.

امیدواریم از مطلب تفاوت سوئیچ لایه ۲ و لایه ۳ بهره کافی را برده باشید.