به طور کلی، اگر بخواهید تمامی سیستم های شبکه و دستگاه های کاربران را در یک شبکه به یکدیگر متصل نمایید، سوئیچ لایه ۲ یکی از دستگاه های اساسی است که شما به آن نیاز پیدا خواهید کرد. با گسترش تنوع برنامه های شبکه، پیاده سازی شبکه های همگرا (Converged) توسعه یافته و در نتیجه کاربرد سوئیچ های جدید لایه 3 در دیتاسنترها، شبکه های پیچیده سازمانی، اپلیکیشن های تجاری و پروژه های پیشرفته افزایش می یابد. در این مقاله همراه ما باشید تا با درک تفاوت سوئیچ های لایه 2 و لایه 3، مناسب ترین سوئیچ را برای شبکه سازمانی خود انتخاب نمایید.
سوئیچ‌های لایه 2 و لایه 3
اصطلاحات لایه های 2 و 3 جزو مدل Open System Interconnect (یکی از معماری های مورد استفاده در شبکه های کامپیوتری) که بطور اختصار OSI نامیده می شود، هستند. OSI مدلی مرجع برای توصیف و توضیح ارتباطات شبکه است. این مدل از هفت لایه مجزا تشکیل شده است که شامل: لایه فیزیکی (Physical Layer)، لایه پیوند داده (Data Link Layer)، لایه شبکه (Network Layer)، لایه انتقال (Transport Layer)، لایه نشست (Session Layer)، لایه نمایش (Presentation Layer) و لایه کاربرد (Application Layer) می باشد. در این میان، لایه 2، لایه پیوند داده و لایه 3، لایه شبکه هستند. پس به سوئیچ هایی که در این لایه ها کار می کنند، سوئیچ لایه 2 و سوئیچ لایه 3 گفته می شود.
تفاوت سوئیچ لایه 2 و لایه 3
تفاوت اصلی که بین سوئیچ لایه 2 و لایه 3 وجود دارد در عملکرد مسیریابی (Routing) آن ها است. سوئیچ لایه 2 تنها با address MACها کار می کند و با address IP یا موارد دیگری که در لایه های بالاتر وجود دارد، ارتباطی ندارد. در مقابل، سوئیچ لایه 3، که به آن سوئیچ چند لایه نیز گفته می شود، می تواند علاوه بر انجام تمامی وظایف سوئیچ لایه 2، static routing و dynamic routing را نیز انجام دهد.
به بیان ساده تر، یک سوئیچ لایه 3 علاوه بر دارا بودن MAC address table و IP routing table، می تواند ارتباطات Intra-VLAN و مسیریابی پکت ها را بین VLAN های مختلف مدیریت کند. به سوئیچی که تنها از قابلیت مسیریابی استاتیک برخوردار است، لایه +2 یا لایه Lite3 گفته می شود.
سوئیچ های لایه 3 علاوه بر مسیریابی پکت ها، از عملکردهایی نیز برخوردار هستند. این توابع نیاز دارند تا اطلاعات address IP داده های ورودی به سوئیچ را تشخیص دهند مانند: Tagging ترافیک VLAN بر اساس address IP به جای کانفیگ پورت بصورت دستی. در نتیجه، سوئیچ های لایه 3 از نظر قدرت و امنیت گزینه مناسب تری نسبت به سوئیچ های لایه 2 هستند.
به خاطر داشته باشید که قبل از انتخاب سوئیچ مورد نظر خود، باید در خصوص کاربرد و محل استقرار آن تصمیم گیری کنید. اگر دارای یک Domain لایه 2 هستید، می توانید از سوئیچ لایه 2 استفاده نمایید. Domain لایه 2 محلی است که Host ها به آن متصل می شوند، بنابراین یک سوئیچ لایه 2 در آن به خوبی کار می کند. در توپولوژی شبکه معمولاً به این لایه، لایه دسترسی می گویند. در مقابل، برای ادغام چندین سوئیچ دسترسی و انجام مسیریابی Inter-VLAN به یک سوئیچ لایه 3 نیاز خواهید داشت. در توپولوژی شبکه، به آن لایه توزیع (Distribution Layer) گفته می شود.
در تصویر زیر می توانید موارد استفاده از سوئیچ لایه 2، سوئیچ لایه 3 و روتر را مشاهده نمایید.
پارامترهایی که هنگام خرید سوئیچ باید در نظر بگیرید
اگر قصد خرید سوئیچ لایه 2 یا لایه 3 دارید، باید به برخی از پارامترهای اصلی مانند forwarding rate، backplane bandwidth، تعداد VLAN ها، حافظه مک آدرس (MAC Address) و Latency توجه داشته باشید.
نرخ انتقال (یا سرعت تولید) یکی از قابلیت های backplane (یا سوئیچ فابریک) است. هنگامی‌که قابلیت های انتقال بیشتر از مجموع سرعت تمامی پورت ها باشد، آن را backplane non-blocking می نامیم. نرخ ارسال به صورت Packet در ثانیه (pps) بیان می شود. در ادامه شما را با فرمولی که نرخ انتقال سوئیچ را محاسبه می کند، آشنا می کنیم:
Forwarding Rate (pps) = number of 10Gbit/s ports * 14,880,950 pps + number of 1 Gbit/s ports * 1,488,095 pps + number of 100Mbit/s ports * 148,809 pps
For example, FS S5850-32S2Q has 32 10 Gbit/s ports and 2 40 Gbit/s ports, so its forwarding rate is:
32 * 14,880,950 pps + 2 * 4 * 14,880,950 pps = 595,238,000 pps ≈ 596 Mpps
این فرمول را با ذکر یک مثال بطور کامل تری توضیح خواهیم داد:
اگر یک سوئیچ دارای 32 پورت 10 Gbit/s و 2 پورت 40 Gbit/s باشد، بنابراین نرخ انتقال آن به شرح زیر خواهد بود:
32 * 14,880,950 pps + 2 * 4 * 14,880,950 pps = 595,238,000 pps ≈ 596 Mpps
پارامتر بعدی، پهنای باند backplane یا ظرفیت سوئیچ فابریک می باشد که مجموع سرعت تمامی پورت ها است. مجموع سرعت پورت ها دو بار شمارش می شود، که یکی از آن ها برای Tx direction و دیگری Rx direction خواهد بود. پهنای باند Backplane به صورت بیت در ثانیه (bps یا bit/s) بیان می شود.
Backplane Bandwidth (bps) = port number * port data rate * 2
برای درک بهتر این فرمول از همان مثال قبلی استفاده می کنیم:
(32 * 10 Gbps + 2 * 40 Gbps) * 2 = 800 Gbps
از دیگر پارامترهای مهم می توان به تعداد VLAN های قابل کانفیگ، اشاره نمود. به طور کلی، 1k = 1024 VLAN برای یک سوئیچ لایه 2 کافی است و تعداد معمول VLAN ها برای سوئیچ لایه 3، 4k = 4096 می باشد. حافظه MAC address table تعداد مک آدرس هایی است که یک سوئیچ می تواند آن ها را ذخیره کند و معمولاً به صورت 8k یا 128k بیان می شود. Latency به معنی تاخیری است که هنگام ارسال درخواست و دریافت پاسخ اتفاق می‌افتد و باید تا حد ممکن کوتاه باشد. بنابراین latency معمولاً با نانوثانیه (ns) بیان می شود.
نتیجه گیری
ما در این مقاله علاوه بر توضیح تفاوت های سوئیچ لایه 2 و لایه 3، عملکرد هر یک را نیز با یکدیگر مقایسه نمودیم. اگر چه ممکن است هر سازمانی برای انتخاب مناسب ترین سوئیچ، پارامترهای مختلفی را در نظر بگیرد اما مواردی که در این مقاله گفته شد از مهمترین عوامل هستند. در نهایت به یاد داشته باشید که همیشه دستگاه پیشرفته تر، انتخاب مناسب تری نیست و شما باید با توجه به نیازهای خود، بهترین سوئیچ را خریداری نمایید.
