В чем разница между промышленными коммутаторами уровня 2 и уровня 3?

Основное различие между промышленными коммутаторами уровня 2 (L2) и уровня 3 (L3) заключается в их сетевых функциях и возможностях, особенно в том, как они обрабатывают передачу данных, маршрутизацию и сегментацию сети. Понимание этих различий имеет решающее значение при проектировании или обслуживании промышленной сети, поскольку выбор соответствующего типа коммутатора может существенно повлиять на производительность, безопасность и масштабируемость сети. Ниже приведено подробное описание ключевых различий между промышленными коммутаторами уровня 2 и уровня 3:

1. Сетевая модель и уровни OSI

Коммутаторы как уровня 2, так и уровня 3 работают на основе модели взаимодействия открытых систем (OSI), но они функционируют на разных уровнях:

Коммутаторы уровня 2 (уровень канала передачи данных):

--- Работать на уровне 2 модели OSI (уровень канала передачи данных).

--- Они пересылают данные на основе MAC-адресов.

--- Основная функция: Коммутация, то есть пересылка пакетов внутри локальной сети (т. е. в пределах одного широковещательного домена).

--- Используется для подключения таких устройств, как компьютеры, датчики и промышленное оборудование, к одной VLAN или подсети.

Коммутаторы уровня 3 (сетевой уровень):

--- Работайте на уровне 3 модели OSI (сетевом уровне).

--- Пересылка данных на основе IP-адресов в дополнение к MAC-адресам.

--- Основная функция: Маршрутизация между разными VLAN или подсетями, а также переключение внутри одной подсети.

--- Они сочетают в себе возможности маршрутизатора (IP-маршрутизация) со свитчем (переключение MAC-адреса).

2. Функциональность и варианты использования

Промышленные коммутаторы уровня 2:

--- Переключение: Коммутаторы L2 обрабатывают трафик только в одном сегменте сети или широковещательном домене (т. е. в одной VLAN или подсети). Они пересылают кадры на основе MAC-адресов, хранящихся в их таблице MAC-адресов. При получении кадра коммутатор проверяет MAC-адрес назначения и пересылает его на правильный порт.

--- Вариант использования: Коммутаторы L2 идеально подходят для простых сетей, в которых все устройства являются частью одной и той же VLAN или подсети, например, в небольших промышленных установках, где нет необходимости маршрутизировать трафик между разными сетями. В основном они используются для агрегирования трафика в локальных вычислительных сетях (LAN).

--- Пример: На заводе коммутатор L2 может соединять несколько машин на производственной линии, которые являются частью одной VLAN. Он эффективно пересылает данные между этими компьютерами на основе их MAC-адресов, позволяя им взаимодействовать без необходимости маршрутизации.

--- Ограничения: Коммутаторы L2 не могут маршрутизировать данные между разными VLAN или подсетями. Если в сети присутствует несколько VLAN, для облегчения связи между ними потребуется маршрутизатор или коммутатор уровня 3.

Промышленные коммутаторы уровня 3:

--- Коммутация и маршрутизация: Коммутаторы L3 могут выполнять как коммутацию (пересылку на основе MAC-адресов внутри одной VLAN или подсети), так и маршрутизацию (пересылку на основе IP-адресов между разными VLAN или подсетями). У них есть таблицы маршрутизации, и они могут принимать решения о наилучшем пути отправки пакетов между различными сетями, подобно маршрутизатору.

--- Вариант использования: Коммутаторы L3 используются в сложных или крупных промышленных сетях, где имеется несколько VLAN или подсетей, и трафик необходимо маршрутизировать между этими сегментами. Они идеально подходят для сред, где требуется как связь по локальной сети, так и возможность переадресации трафика между различными сегментами сети.

--- Пример: На большом промышленном предприятии с несколькими отделами (например, производством, контролем качества и администрацией) каждый отдел может находиться в отдельной VLAN. Коммутатор уровня 3 обеспечивает связь между этими сетями VLAN путем маршрутизации трафика на сетевом уровне.

Преимущества:

--- Маршрутизация между VLAN: Коммутаторы L3 могут маршрутизировать трафик между различными VLAN без необходимости использования внешнего маршрутизатора, что снижает задержку и упрощает проектирование сети.

--- Сегментация сети: Они обеспечивают лучшую сегментацию сети и безопасность, изолируя трафик между различными сегментами сети.

--- Производительность: Коммутаторы L3 часто выполняют маршрутизацию быстрее, чем традиционные маршрутизаторы, поскольку они выполняют как коммутацию, так и маршрутизацию аппаратно (а не программно), улучшая пропускную способность и уменьшая задержки в сети.

3. MAC-адрес и переадресация IP-адреса

Коммутаторы уровня 2:

--- Используйте MAC-адреса для пересылки кадров. Каждый порт коммутатора запоминает MAC-адреса подключенных к нему устройств и использует эту информацию для пересылки кадров на соответствующее устройство.

--- Решения о пересылке принимаются на основе заголовка уровня 2, который включает MAC-адреса устройств источника и назначения.

Коммутаторы уровня 3:

--- Используйте как MAC-адреса для переключения внутри VLAN, так и IP-адреса для маршрутизации между различными VLAN или подсетями.

--- Коммутаторы L3 проверяют заголовок уровня 3 (IP) для принятия решений о пересылке между различными подсетями, подобно маршрутизатору.

--- Они поддерживают таблицы маршрутизации, чтобы определить лучший путь для пересылки пакетов на основе IP-адреса назначения.

4. Поддержка VLAN и маршрутизация между VLAN.

Коммутаторы уровня 2:

--- Поддержка VLAN (виртуальных локальных сетей), позволяющая сегментировать сеть путем разделения трафика на разные VLAN.

--- Однако коммутаторы L2 не могут выполнять маршрутизацию между VLAN. Чтобы обеспечить связь между различными VLAN, вам понадобится внешний маршрутизатор или коммутатор уровня 3 для маршрутизации трафика.

Коммутаторы уровня 3:

--- Может не только обрабатывать VLAN, но и обеспечивать маршрутизацию между VLAN, что позволяет устройствам в разных VLAN взаимодействовать друг с другом.

--- Это снижает потребность в отдельном маршрутизаторе, упрощает сетевую архитектуру и снижает задержку, поскольку маршрутизация выполняется внутри коммутатора.

--- Пример: Устройства в VLAN 10 и VLAN 20 могут взаимодействовать друг с другом через коммутатор уровня 3 без необходимости использования внешнего маршрутизатора.

5. Масштабируемость и дизайн сети

Коммутаторы уровня 2:

--- Идеально подходит для плоских сетей, в которых все устройства являются частью одной VLAN или подсети.

--- Они используются в небольших локализованных сетях или в качестве коммутаторов доступа в более крупных сетях.

--- Ограниченная масштабируемость, поскольку они не могут маршрутизировать трафик между разными подсетями или VLAN.

Коммутаторы уровня 3:

--- Подходит для иерархических или сложных сетевых проектов, требующих маршрутизации между несколькими VLAN или подсетями.

--- Обеспечивают большую масштабируемость, поскольку позволяют сегментировать сеть на различные широковещательные домены, улучшая производительность, безопасность и управление.

--- Часто используются в качестве основных коммутаторов в промышленных сетях, обрабатывая как локальный трафик, так и маршрутизируя между различными сегментами сети.

6. Безопасность и контроль

Коммутаторы уровня 2:

--- Ограниченные функции безопасности по сравнению с коммутаторами уровня 3. Для управления трафиком они в первую очередь полагаются на фильтрацию на основе MAC-адресов и сегментацию VLAN.

Коммутаторы уровня 3:

--- Предлагайте более продвинутые функции безопасности, включая возможность контролировать трафик на основе IP-адресов.

--- Поддержка списков контроля доступа (ACL), которые могут фильтровать трафик на уровне 3 (например, на основе IP-адресов, протоколов, портов).

--- Это дает сетевым администраторам более детальный контроль над тем, какие устройства и пользователи могут получить доступ к различным частям сети.

7. Вопросы производительности

Коммутаторы уровня 2:

--- Обычно обеспечивают высокоскоростную коммутацию на уровне канала передачи данных, что делает их эффективными для обработки локального трафика в пределах одной VLAN.

--- Если необходима маршрутизация, трафик должен проходить через внешний маршрутизатор, что может привести к дополнительной задержке.

Коммутаторы уровня 3:

--- Предлагает возможности высокоскоростной коммутации и маршрутизации.

--- Маршрутизация осуществляется на аппаратной скорости (с использованием ASIC — специализированных интегральных схем), что обычно быстрее, чем у традиционных маршрутизаторов, выполняющих маршрутизацию на программном уровне.

--- Это повышает производительность при маршрутизации между различными VLAN или подсетями в крупных промышленных сетях.

8. Разница в стоимости

Коммутаторы уровня 2:

--- Менее дорогие по сравнению с коммутаторами уровня 3, что делает их подходящими для небольших сетей или особых случаев использования, где маршрутизация не требуется.

Коммутаторы уровня 3:

--- Как правило, более дорогие из-за расширенных возможностей маршрутизации, но они обеспечивают большую долгосрочную ценность в сложных, крупномасштабных промышленных сетях, где необходимы маршрутизация между VLAN и расширенные функции.

Заключение

Таким образом, основное различие между промышленными коммутаторами уровня 2 и уровня 3 заключается в возможности маршрутизировать трафик между различными сетями:

--- Коммутаторы уровня 2 работают на уровне канала передачи данных, фокусируясь на коммутации данных внутри одной сети с использованием MAC-адресов. Они идеально подходят для простых или локализованных сетей, в которых устройства находятся в одной VLAN или подсети.

--- Коммутаторы уровня 3 работают как на уровне канала передачи данных, так и на сетевом уровне, способные как коммутировать внутри сети, так и маршрутизировать между различными VLAN или подсетями с использованием IP-адресов. Они подходят для более сложных сетей, требующих как коммутации, так и маршрутизации, что делает их идеальными для крупных промышленных сред, которым необходимы масштабируемость, безопасность и эффективное управление трафиком данных.

Выбор между коммутаторами уровня 2 и уровня 3 зависит от размера, сложности и конкретных требований вашей промышленной сети.