Ein Netzwerk besteht aus mehreren Geräten, die zusammenarbeiten, um Datenpakete zu verarbeiten, weiterzuleiten und zu verbinden.Beispielsweise kann Ihr lokales Internetnetzwerk zu Hause Router, Switches, die Daten puffern, verstärken und auf Fehler überprüfen, sowie Hubs verwenden, die alle Daten an Datenquellen und -ziele weiterleiten und beim Filtern helfen.
In diesem Artikel werden wir speziell auf die eingehenLayer-XNUMX- und Layer-XNUMX-Switches;Was sie sind, wie sie sich unterscheiden und wie sie im wirklichen Leben verwendet werden.
Grundlegendes zum Layer-2-Netzwerk-Switch: Was ist das?
Layer-2-Switches sind traditionell inOpen Systems Interconnection (OSI)-ModellData Link Layer-Geräte, die auf Layer 2 von .Layer-2-Switches sind für das „Switching“ von Paketen von physischen Ports auf dem Switch zu MAC-Adressen (Media Access Control) verantwortlich.Es ermöglicht die Verbindung mehrerer Geräte in einem lokalen Netzwerk (LAN), jedoch nur mit MAC-Adressen.
Wie funktioniert ein Layer-XNUMX-Switch?
Es funktioniert durch den Einsatz von Paketvermittlung, Paket-Header-Prüfung und Kollisionsdomänenreduzierung.Wenn Daten über das Netzwerk gesendet werden, untersucht der Switch im Wesentlichen die Paketheader und stellt eine Tabelle mit MAC-Adressen zusammen.Eine MAC-Adresse ist einfach eine eindeutige Kennung, die einem Netzwerkschnittstellencontroller zugewiesen wird, um die gesamte Kommunikation innerhalb des Netzwerks aufzulösen.Diese MAC-Adressen werden dann über das Address Resolution Protocol (ARP) mit den entsprechenden physischen Ports auf dem Switch-Gerät verknüpft.
Was ist das Adressauflösungsprotokoll?
Kurz gesagt, wenn ein Layer-2-Switch zum ersten Mal ein Paket an das Hostgerät sendet, kennt er nicht die richtige MAC-Adresse.Er sendet also eine „ARP“-Anforderung an alle physischen Ports, mit denen das Hostgerät verbunden ist, und wenn der Switch eine Antwort mit der MAC-Adresse erhält, fügt er die MAC-Adresse seiner Tabelle hinzu.Im Wesentlichen lernt der Switch, welche MAC-Adressen welchen physischen Ports zugeordnet sind, sodass Daten frei zwischen Geräten im Netzwerk fließen können.
Leiten Sie Daten mithilfe von Layer-2-Switches weiter
Der Switch verwendet dann Packet Switching, um die Daten in kleine "Informationspakete" zu zerlegen.Diese viel kleineren Pakete können schnell und effizient durch das Netzwerk geleitet werden, verglichen mit dem Senden einer großen Informationsmenge über das Netzwerk (was langsam wäre).Bei der Verwendung von Paketvermittlung werden Kollisionsdomänen reduziert.Eine Kollisionsdomäne tritt auf, wenn zwei oder mehr Hosts versuchen, gleichzeitig zu kommunizieren.Die Netzwerkeffizienz wird reduziert und Pakete/Frames werden kollidieren und müssen erneut gesendet werden.
Vorteile von Layer-XNUMX-Switches
- Da kein Routing-Equipment erforderlich ist, sind die Implementierungskosten gering.
- sehr geringe Latenz.
- Ideal für LAN-Netzwerke, in denen Daten von einem Host im Netzwerk an das Hostgerät gesendet werden.
Nachteile von Layer-XNUMX-Switches
- Anfällig für Broadcast-Stürme (Kollisionsdomänen), die die Netzwerkeffizienz verringern und Staus verursachen.
- Funktioniert nicht mit mehreren VLANs.
- Nicht skalierbar.
Layer-2-Switch-Überprüfung
Um es noch einmal zusammenzufassen: Layer-2-Switches sind so konzipiert, dass sie nur MAC-Adressen (Media Access Control) verwenden und Paketvermittlung verwenden, um winzige Datenpakete zwischen Hosts im Netzwerk zu übertragen.Es funktioniert, indem die MAC-Adresse mit einem physischen Port am Switch verbunden wird.
Grundlegendes zum Layer-3-Netzwerk-Switch: Was ist das?
Layer-3-Switches arbeiten auf der Netzwerkschicht des Open Systems Interconnection (OSI)-Modells.Es funktioniert wie ein Layer-2-Switch, da es MAC-Adressen auf die gleiche Weise verarbeiten kann, aber sie können auch IP-Adressen (Internet Protocol) verarbeiten.Das bedeutet, dass sie nicht nur Pakete zwischen Hosts übertragen, sondern sich auch mit Geräten in anderen Netzwerken verbinden können.Layer-3-Switches arbeiten schneller als herkömmliche Router und leiten Pakete ohne zusätzliche Hops weiter, was eine schnellere Leistung und Funktionalität ermöglicht.Ihre zusätzliche Funktionalität ist jedoch nicht immer erforderlich und wird normalerweise nur in kleinen Branchen (z. B. Universitätscampus) implementiert, die VLAN-Routing erfordern oder mehr Unterstützung benötigen.
Vorteile von Layer-3-Switches
- Kein dedizierter Router erforderlich.
- Reduzieren Sie die Anzahl der zu verwaltenden und zu wartenden Netzwerkgeräte.
- Schnellere Schaltgeschwindigkeit.
- Unbegrenzte Skalierbarkeit.
- Bietet mehrere Routing-Pfade für Daten.
- Verfügt über einen hochsicheren Datenaustauschpfad.
Nachteile von Layer-3-Switches
- Benötigt mehr Leistung und Bandbreite für den Betrieb.
- Die Umsetzung kann teuer werden.
- Wenn das Netzwerk klein ist, gibt es keinen zusätzlichen Nutzen.
Was ist das OSI-Modell?
Nun haben wir das OSI- oder Open Systems Interconnection-Modell mehrfach erwähnt, da sowohl Layer-2- als auch Layer-3-Switches zu diesem konzeptionellen Rahmen gehören.Das OSI-Modell ist ein Rahmenwerk, das 1984 von der International Organization for Standardization (ISO) veröffentlicht wurde, um die verschiedenen Schichten eines vernetzten Systems zu beschreiben.
Das OSI-Modell hat 7 Schichten:
- körperlich
- Datenverbindung
- Das Internet
- Transport
- Termin
- Einführung
- Anwendung
Schicht-2- und Schicht-3-Switches befinden sich auf der Sicherungsschicht bzw. der Vermittlungsschicht.
Layer-2- und Layer-3-Switch-Vergleichstabelle
| Layer-2-Switch | Layer-3-Switch |
| Arbeitet auf der Sicherungsschicht. | Arbeitet auf der Netzwerkschicht. |
| Senden Sie Pakete/Frames nur über den physischen Port und die MAC-Adresse. | Pakete können nach MAC- und IP-Adresse geroutet werden. |
| Es können nur MAC-Adressen verwendet werden. | Kann als Layer-2- oder Layer-3-Switch verwendet werden. |
| Es kann den Datenverkehr im lokalen Netzwerk reduzieren. | Wird für kleine Industrien und Orte verwendet, an denen sich virtuelle lokale Netzwerke (VLANs) befinden. |
| Sehr schnell und effizient - schauen Sie sich einfach die Paket-Header an. | Dies ist langsamer, da der Layer-3-Switch das Paket vor dem Senden überprüft. |
| Es gibt eine einzige Broadcast-Domäne. | Es gibt mehrere Broadcast-Domänen. |
| Kommunikation nur innerhalb des Netzwerks. | Die Kommunikation kann innerhalb oder außerhalb des Netzwerks stattfinden. |
Anwendungsfälle für Layer-2- und Layer-3-Switches
Bei der Empfehlung eines Layer-2- oder Layer-3-Switches hängt die Antwort von der Größe und Komplexität des Netzwerks sowie von den Sicherheitsanforderungen ab, die für einen effizienten und sicheren Betrieb des Netzwerks erforderlich sind.
Typische Anwendungen von Layer-XNUMX-Switches
Auch wenn Sie es vielleicht nicht wissen, sind Sie bereits mit Layer-2-Switches vertraut;Die Ethernet-Verbindung Ihres Computers fungiert als Sicherungsschicht und verbindet Ihren Computer über die MAC-Adresse mit dem Netzwerk.
Eine weitere Anwendung von Layer-2-Switches ist, wenn Softwareunternehmen über zentral gelegene Server verfügen und Clients auf der ganzen Welt ohne Verzögerung auf einen zentralen Server zugreifen können.
Eine weitere reale Anwendung findet sich in Organisationen, die auf interne Kommunikation angewiesen sind, aber kein Internet benötigen – sie können VLAN-Netzwerke über einen Layer-2-Switch verwenden.Ein letztes Beispiel sind Softwaretester, die ihre gemeinsam genutzten Tools an einem zentralen Ort aufbewahren, aber einem anderen Server den Zugriff darauf ermöglichen möchten, ohne physisch mit demselben Netzwerk verbunden zu sein.
Typische Anwendungen von Layer-XNUMX-Switches
Layer-3-Switches können IP-Adressen (Internet Protocol) verwenden, um Geräte mit verschiedenen IP-Netzwerken zu verbinden, wenn MAC-Adressen einfach nicht ausreichen.Sie haben den Layer-3-Switch über Ihren Internet-Router erreicht.
Andere Anwendungen für Layer-3-Switches sind Universitätsgelände oder Rechenzentren, in denen große Computernetzwerke aufgebaut werden.Wenn das Netzwerk Tausende von Benutzern hat oder die Netzwerkinfrastruktur ein umfangreiches Gerätemanagement erfordert, um Patches oder Richtlinienaktualisierungen auszurollen, oder wenn Sie bestimmte Kontrollregeln auf bestimmten Geräten im Netzwerk aktivieren müssen, ist ein Layer-3-Switch besser geeignet, da es eine Firewall ist Schutz.
die zentralen Thesen
Beim Vergleich von Layer-2- und Layer-3-Switches ist vor allem zu beachten, dass der Unterschied in den Routing-Fähigkeiten der Switches liegt.Für Layer-2-Switches wird anstelle von Routing-Algorithmen das Address Resolution Protocol (ARP) verwendet, um Daten von physischen Ports zu MAC-Adressen zu schalten und MAC-Tabellen für zukünftige Pakete zu erstellen.
Layer-3-Switches folgen konventionellen Algorithmen, um Daten vom Netzwerk eines Hosts über eine Internet Protocol-Adresse an ein anderes Gerät außerhalb des Hosts zu senden.
