تبديل الطبقة الثالثة مقابل جهاز التوجيه

غالبًا ما تتشكل شبكات الكمبيوتر من خلال ربط العديد من أنواع الشبكات المختلفة. إذا كانت عدة شبكات كمبيوتر متصلة ماديًا فقط ولا يمكنها الاتصال ببعضها البعض ، فلن يكون لـ "الترابط" أهمية عملية. لذلك ، عندما يتعلق الأمر "بالترابط" ، فعادةً ما يُفهم ضمنيًا أن هذه الحواسيب المترابطة يمكنها الاتصال ، أي ، وظيفيًا ومنطقيًا ، شكلت شبكات الكمبيوتر هذه شبكة واسعة أو الإنترنت.

شبكة كمبيوتر كبيرة

تُستخدم بعض الأجهزة الوسيطة (أو الأنظمة الوسيطة) عند توصيل الشبكات ، وهو ما يسمى نظام الترحيل في شروط ISO. يمكن أن تكون هناك الأنواع الخمسة التالية من أنظمة الترحيل اعتمادًا على مستوى نظام الترحيل:

1. الطبقة المادية (أي الطبقة الأولى ، الطبقة L1) نظام الترحيل: مكرر.
2. طبقة ارتباط البيانات (أي الطبقة الثانية ، الطبقة L2): الجسر.
3. نظام ترحيل طبقة الشبكة (الطبقة الثالثة ، الطبقة L3): جهاز التوجيه.
4. المبرد ، وهو مزيج من الجسر والموجه ، له وظائف كل من الجسر والموجه.
5. نظام الترحيل فوق طبقة الشبكة هو البوابة.

لا يُطلق عليه عمومًا اسم الاتصال البيني للشبكة عندما يكون نظام الترحيل عبارة عن جهاز إرسال واستقبال ، لأنه يوسع الشبكة فقط. يتم استخدام البوابات عالية المستوى حاليًا بشكل أقل نظرًا لتعقيدها. لذلك ، يشير الاتصال البيني للشبكة عمومًا إلى الشبكة التي تستخدم محولًا وموجهًا للتوصيل البيني. تشرح هذه المقالة بشكل أساسي مفتاح تبديل وجهاز التوجيه من الطبقة الثالثة والاختلافات بينهما.

هيكل نظام المراقبة المنزلية

Sالسحرة والموجهات

"التبديل" هي الكلمة ذات التردد الأعلى في شبكة اليوم. من الجسر إلى الطريق إلى ATM إلى نظام الهاتف ، يمكن تطبيقه في أي موقف. ظهر مفتاح تبديل الكلمات لأول مرة في أنظمة الهاتف ، وهو يشير تحديدًا إلى تبديل الإشارات الصوتية بين هاتفين. المعدات التي تكمل العمل هي مفتاح الهاتف. المفتاح هو مفهوم تقني ، أي لاستكمال إعادة توجيه الإشارات من مدخل الجهاز إلى المخرج. لذلك ، يمكن تسمية جميع الأجهزة التي تتوافق مع هذا التعريف بأجهزة التبديل.

وبالتالي ، فإن "التبديل" هي كلمة ذات معنى واسع. عندما يتم استخدامه لوصف المعدات في الطبقة الثانية من شبكة البيانات ، فإنه يشير إلى جهاز الجسر. عندما يتم استخدامه لوصف المعدات في الطبقة الثالثة ، فإنه يشير إلى جهاز التوجيه.

عملية التحويل

مفتاح Ethernet الذي نتحدث عنه غالبًا هو جهاز شبكة متعدد المنافذ من الطبقة الثانية يعتمد على تقنية الجسر. يوفر مسارًا بزمن انتقال منخفض ومنخفضًا لإعادة توجيه إطارات البيانات من منفذ إلى آخر. وبالتالي ، يجب أن تكون هناك مصفوفة تبديل في المركز الداخلي للمحول ، توفر مسارًا للاتصال بين أي منفذين ، أو ناقل تبديل سريع ، بحيث يتم إرسال إطار البيانات المستلم من أي منفذ من منافذ أخرى.

غالبًا ما تكتمل وظيفة مصفوفة التبادل بشريحة خاصة (ASIC) في المعدات. بالإضافة إلى ذلك ، فإن فكرة تصميم محولات Ethernet لها افتراض مهم ، أي أن سرعة نواة التبادل سريعة جدًا لدرجة أن بيانات التدفق الكبير المعتادة لن تجعلها مزدحمة. بمعنى آخر ، القدرة على التبديل كبيرة بشكل لا نهائي مقارنة بكمية المعلومات المنقولة (على النقيض من ذلك ، فإن فكرة مفاتيح ATM في التصميم هي أن القدرة على التبديل محدودة بالنسبة لكمية المعلومات المنقولة).

على الرغم من أن محوّل Ethernet Layer 2 قد تم تطويره بناءً على جسور متعددة المنافذ ، إلا أن الميزات الغنية للتبديل لا تجعله أفضل طريقة للحصول على مزيد من النطاق الترددي فحسب ، بل تجعل الشبكة أسهل في الإدارة.

جهاز التوجيه هو جهاز تبديل حزم (أو جهاز ترحيل طبقة الشبكة) في طبقة الشبكة لنموذج بروتوكول OSI. تتمثل الوظيفة الأساسية للموجه في إرسال البيانات (حزم IP) إلى الشبكة الصحيحة ، بما في ذلك:

1. إعادة توجيه مخططات بيانات IP ، بما في ذلك توجيه وإرسال مخططات البيانات ؛
2.  عزل الشبكة الفرعية لمنع عواصف البث ؛
3. احتفظ بجدول التوجيه وتبادل معلومات التوجيه مع أجهزة التوجيه الأخرى ، والتي تعد أساس إعادة توجيه حزم IP.
4. خطأ في معالجة مخططات بيانات IP والتحكم البسيط في الازدحام ؛
5. تحقيق تصفية ومحاسبة مخططات بيانات IP.

الموجهات في مناطق مختلفة

بالنسبة للشبكات ذات المقاييس المختلفة ، يختلف دور جهاز التوجيه. على شبكة العمود الفقري ، يتمثل الدور الرئيسي للموجه في التوجيه. يجب أن تعرف أجهزة التوجيه على الشبكة الأساسية المسارات إلى جميع الشبكات ذات المستوى الأدنى. يتطلب ذلك الحفاظ على جدول توجيه ضخم والاستجابة بأسرع ما يمكن للتغييرات في حالة الاتصال. سيؤدي فشل جهاز التوجيه إلى حدوث مشكلات خطيرة في نقل المعلومات.

في الشبكة الإقليمية ، تتمثل الوظيفة الرئيسية للموجه في اتصال الشبكة والتوجيه. يربط وحدات الشبكة الأساسية ذات المستوى الأدنى - شبكة الحرم الجامعي وهو مسؤول عن إعادة توجيه البيانات بين الشبكات ذات المستوى الأدنى.

يتمثل الدور الرئيسي لأجهزة التوجيه في فصل الشبكات الفرعية داخل شبكة الحرم الجامعي. كانت البنية التحتية للإنترنت المبكرة هي شبكة المنطقة المحلية (LAN) ، حيث كان جميع المضيفين على نفس الشبكة المنطقية. مع استمرار حجم الشبكة في التوسع ، تتطور الشبكة المحلية إلى شبكة حرم جامعية تتكون من شبكات فرعية متعددة متصلة بواسطة شبكات أساسية عالية السرعة وأجهزة توجيه. من بينها ، الشبكات الفرعية المتعددة مستقلة منطقيًا ، والموجه هو الجهاز الوحيد الذي يمكنه فصلها. وهي مسؤولة عن إعادة توجيه الحزمة وعزل البث بين الشبكات الفرعية ، ويكون جهاز التوجيه الموجود على الحدود مسؤولاً عن الاتصال بشبكة الطبقة العليا.

الاختلاف الرئيسيs بين تبديل الطبقة الثالثة وجهاز التوجيه

السبب الأساسي الذي يجعلنا لا نستطيع التمييز بين محول الطبقة 3 وجهاز التوجيه هو أن مفتاح الطبقة 3 له أيضًا وظيفة "توجيه". على الرغم من ذلك ، هناك بعض الاختلافات الأساسية بين محولات وأجهزة التوجيه من الطبقة الثالثة:

1) الوظائف الرئيسية مختلفة

على الرغم من أن كلا من محولات وأجهزة التوجيه من الطبقة الثالثة لهما وظائف توجيه ، فلا يمكننا مساواتهما ببعضهما البعض. إنه نفس الشيء لأن العديد من أجهزة التوجيه ذات النطاق العريض لا تحتوي فقط على وظائف التوجيه ، ولكنها توفر أيضًا منافذ التبديل ووظائف جدار الحماية للأجهزة ، لكن لا يمكن معادلتها بالمفاتيح أو بجدران الحماية. نظرًا لأن الوظيفة الرئيسية لأجهزة التوجيه هذه هي وظيفة التوجيه ، والوظائف الأخرى ليست سوى وظائف إضافية ، والغرض منها هو جعل الجهاز أكثر قابلية للتطبيق وأكثر عملية.

وينطبق الشيء نفسه على مفتاح Layer 3. إنه مجرد مفتاح مع بعض وظائف التوجيه الأساسية ، ووظيفته الرئيسية هي تبادل البيانات. بينما جهاز التوجيه لديه وظيفة رئيسية واحدة فقط للتوجيه وإعادة التوجيه.

2) البيئات الرئيسية القابلة للتطبيق مختلفة

تعد وظيفة التوجيه لمحول الطبقة 3 بسيطة نسبيًا لأنها تواجه بشكل أساسي اتصالات LAN بسيطة. لهذا السبب ، فإن وظيفة التوجيه لمحول الطبقة 3 بسيطة ، ومسار التوجيه أقل تعقيدًا بكثير من جهاز التوجيه. تتمثل أغراضها الرئيسية في شبكة المنطقة المحلية في توفير تبادل سريع للبيانات وتلبية خصائص التطبيق الخاصة بتبادل البيانات المتكرر في شبكة المنطقة المحلية. جهاز التوجيه مختلف. تم تصميمه في الأصل لتحقيق أنواع مختلفة من اتصالات الشبكة. على الرغم من أن جهاز التوجيه قابل للتطبيق أيضًا على الاتصال بين شبكات المنطقة المحلية ، إلا أنه يُستخدم بشكل أساسي بين أنواع مختلفة من الشبكات ، مثل الاتصال بين شبكة LAN وشبكات المنطقة الواسعة.

تتمثل الوظيفة الرئيسية لجهاز التوجيه في التوجيه وإعادة التوجيه ، والغرض النهائي منه هو حل اتصال مختلف شبكات التوجيه المعقدة. لذلك ، لديها وظيفة توجيه قوية ، وهي ليست مناسبة فقط للشبكات المحلية التي لها نفس البروتوكول ، ولكن أيضًا بين الشبكات المحلية والشبكات WAN ذات البروتوكولات المختلفة. تكمن مزاياها في اختيار أفضل مسار ، ومشاركة الأحمال ، وربط النسخ الاحتياطي ، وتبادل معلومات التوجيه مع الشبكات الأخرى.

3) الأداء مختلف

من الناحية الفنية ، فإن أجهزة التوجيه ومفاتيح التبديل من الطبقة الثالثة لها اختلافات واضحة في عمليات تبديل الحزم. تقوم الموجهات بتبديل الحزم بواسطة محركات توجيه برمجية قائمة على المعالجات الدقيقة ، بينما تقوم مفاتيح تبديل الطبقة الثالثة بتبديل الحزم بواسطة الأجهزة. بعد أن يوجه مفتاح الطبقة الثالثة تدفق البيانات الأول ، فإنه سينشئ جدول تعيين بين عناوين MAC وعناوين IP. عندما يمر نفس تدفق البيانات مرة أخرى ، فإنه سيمر مباشرة من خلال الطبقة 3 وفقًا لهذا الجدول بدلاً من التوجيه مرة أخرى. عند القيام بذلك ، يزيل المحول تأخير الشبكة الناجم عن تحديد توجيه جهاز التوجيه ، وبالتالي يحسن كفاءة إعادة توجيه حزم البيانات.

في نفس الوقت ، البحث عن المسار للطبقة الثلاث تحول يهدف إلى تدفق البيانات. إنها تستخدم تقنية ذاكرة التخزين المؤقت ويمكن تحقيقها بسهولة بواسطة تقنية ASIC ، والتي يمكن أن توفر التكلفة بشكل كبير وتحقق إعادة توجيه سريعة. يعتمد إعادة توجيه جهاز التوجيه على أطول طريقة مطابقة ، والتي تكون معقدة في التنفيذ وعادة ما يتم تنفيذها بواسطة البرامج ، مع كفاءة إعادة توجيه منخفضة. وبسبب هذا ، فإن الأداء العام لمفاتيح الطبقة الثالثة أفضل بكثير من أداء أجهزة التوجيه ، وبالتالي فهي مناسبة جدًا للشبكات المحلية مع تبادل البيانات بشكل متكرر.

على الرغم من أن أجهزة التوجيه لديها وظائف توجيه قوية ، إلا أن كفاءة إعادة توجيه الحزم الخاصة بها أقل بكثير من كفاءة محولات الطبقة الثالثة. وهي أكثر ملاءمة للتوصيل البيني لأنواع مختلفة من الشبكات حيث لا يكون تبادل البيانات متكررًا ، مثل التوصيل البيني لشبكات المنطقة المحلية والإنترنت. سيكون مضيعة (من حيث وظيفة التوجيه القوية) إذا تم استخدام أجهزة التوجيه ، وخاصة أجهزة التوجيه المتطورة ، في شبكات المنطقة المحلية. لا يمكنه تلبية متطلبات أداء الاتصال لشبكات المنطقة المحلية بشكل جيد ، وبالتالي يؤثر على الاتصال العادي للشبكة الفرعية.

باختصار ، لا تزال هناك اختلافات جوهرية بين محول الطبقة 3 وجهاز التوجيه. بشكل عام ، من الأفضل استخدام محول من الطبقة 3 للاتصال متعدد الشبكات الفرعية في شبكة LAN ، خاصة في بيئة يكون فيها تبادل البيانات بين الشبكات الفرعية المختلفة أمرًا متكررًا. من ناحية أخرى ، يمكنه ضمان متطلبات أداء الاتصال بين الشبكات الفرعية. من ناحية أخرى ، فإنه يوفر الاستثمار في شراء أجهزة التوجيه. بالطبع ، من المفهوم استخدام أجهزة التوجيه إذا لم يكن الاتصال بين الشبكات الفرعية متكررًا جدًا ، مما قد يؤدي أيضًا إلى تحقيق غرض العزل الآمن والتواصل المتبادل بين الشبكات الفرعية. يجب تحديد التفاصيل وفقًا للاحتياجات الفعلية.

مفتاح فايبرمول

The الماضي والحاضر of تبديل الطبقة الثالثة

الغرض الأكثر أهمية لمحول الطبقة 3 هو تسريع تبادل البيانات داخل شبكة محلية كبيرة. وقد خدمت وظيفة التوجيه أيضًا هذا الغرض. يمكنه تحقيق طريق واحد وإعادة توجيه متعددة. العمليات المنتظمة مثل إعادة توجيه حزم البيانات ، يتم تنفيذها بواسطة الأجهزة بسرعة عالية ، بينما يتم تنفيذ وظائف مثل تحديث معلومات المسار وصيانة جدول المسار وحساب المسار وتحديد المسار بواسطة البرنامج.

من أجل إدارة الأمن والراحة ، وبشكل أساسي لتقليل أضرار عواصف البث ، يجب تحويل شبكات المنطقة المحلية الكبيرة إلى شبكات محلية صغيرة وفقًا لعوامل مثل الوظائف أو المناطق. هذا يجعل تقنية VLAN مستخدمة على نطاق واسع في الشبكة. يجب إعادة توجيه الاتصال بين شبكات VLAN المختلفة من خلال أجهزة التوجيه. نظرًا للعدد المحدود من المنافذ وسرعة التوجيه البطيئة ، فإن حجم الشبكة وسرعة الوصول إليها مقيدان ببساطة عن طريق استخدام أجهزة التوجيه لتحقيق الوصول بين الشبكات.

بناءً على هذا الموقف ، ظهرت مفاتيح الطبقة 3. تم تصميم محول الطبقة 3 من أجل IP وله نوع واجهة بسيط. تتمتع بقدرة قوية على معالجة الحزمة من الطبقة الثانية وهي مناسبة جدًا لتوجيه البيانات والتبديل على شبكة LAN كبيرة. لا يمكن للمحول أن يعمل فقط في الطبقة الثالثة من البروتوكول لاستبدال وظائف أجهزة التوجيه التقليدية أو إكمالها جزئيًا ، ولكن لديه أيضًا سرعة تبديل الطبقة الثانية ، بسعر رخيص نسبيًا.

معظم وظائف التوجيه لمفاتيح الطبقة 3 مخصصة لتفاعل البيانات ، لذا فإن وظائف التوجيه الخاصة بها ليست قوية مثل وظائف أجهزة التوجيه الاحترافية من نفس الدرجة. بعد كل شيء ، لا تزال هناك العديد من أوجه القصور في دعم الأمان والبروتوكول ، والتي لا يمكن أن تحل محل عمل أجهزة التوجيه بالكامل.

الممارسة النموذجية هي: من أجل التوصيل البيني لشبكات فرعية مختلفة في نفس شبكة المنطقة المحلية والتوجيه بين شبكات VLAN في شبكة المنطقة المحلية ، استبدل أجهزة التوجيه بمفاتيح تبديل الطبقة 3. تُستخدم أجهزة التوجيه الاحترافية فقط عندما يحتاج التوصيل البيني بين شبكة المنطقة المحلية والشبكة العامة إلى الوصول إلى الشبكة عبر الإقليمية.

Cعند الاستنتاج

باختصار ، تُستخدم المحولات بشكل عام لاتصالات LAN-WAN. تُنسب المحولات إلى الجسور وهي أجهزة في طبقة ارتباط البيانات. يمكن لبعض المفاتيح أيضًا أن تدرك تبديل الطبقة الثالثة. تُستخدم أجهزة التوجيه للاتصال بين WAN-WAN ، والتي يمكنها حل مشكلة إعادة توجيه الحزم بين الشبكات غير المتجانسة والعمل على طبقة الشبكة. بالمقارنة ، تعد أجهزة التوجيه أقوى من المفاتيح ، لكنها أبطأ وأكثر تكلفة. تُستخدم مفاتيح التبديل من الطبقة الثالثة على نطاق واسع بسبب القدرة على إعادة توجيه الرسائل بسرعة الأسلاك ووظيفة التحكم الجيدة المشابهة لأجهزة التوجيه.