レイヤ3スイッチとルーター

コンピュータネットワークは、多くの場合、さまざまな種類のネットワークを相互接続することによって形成されます。 複数のコンピュータネットワークが物理的に接続されているだけで相互に通信できない場合、「相互接続」は実際的な意味を持ちません。 したがって、「相互接続」に関しては、通常、これらの相互接続されたコンピュータが通信できること、つまり、機能的および論理的に、これらのコンピュータネットワークが大規模なネットワークまたはインターネットを形成していることを意味します。

大規模なコンピュータネットワーク

一部の中間デバイス（または中間システム）は、ネットワークを接続するときに使用されます。これは、ISO用語ではリレーシステムと呼ばれます。 リレーシステムのレベルに応じて、次のXNUMX種類のリレーシステムがあります。

1. 物理層（つまり、最初の層、層L1）リレーシステム：リピーター。
2. データリンク層（つまり、2番目の層、層LXNUMX）：ブリッジ。
3. ネットワーク層（第3層、層LXNUMX）リレーシステム：ルーター。
4. ブリッジとルーターを組み合わせたブラウターは、ブリッジとルーターの両方の機能を備えています。
5. ネットワーク層の上のリレーシステムがゲートウェイです。

リレーシステムがトランスポンダの場合、ネットワークを拡張するだけなので、一般にネットワーク相互接続とは呼ばれません。 高レベルのゲートウェイは、その複雑さのために現在あまり使用されていません。 したがって、ネットワーク相互接続とは、一般に、相互接続にスイッチとルーターを使用するネットワークを指します。 この記事では、主にレイヤー3スイッチとルーターとその違いについて説明します。

住宅監視システムの構造

S魔女とルーター

「スイッチ」は、今日のネットワークで最も頻度の高い単語です。 橋からルート、ATM、電話システムまで、あらゆる状況に適用できます。 スイッチという言葉は、電話システムで最初に登場しました。具体的には、XNUMX台の電話間の音声信号の切り替えを指します。 作業を完了する機器は電話交換機です。 スイッチは技術的な概念です。つまり、デバイスのインレットからアウトレットへの信号の転送を完了します。 したがって、この定義を満たすすべてのデバイスをスイッチデバイスと呼ぶことができます。

したがって、「スイッチ」は広義の言葉です。 データネットワークの第XNUMX層の機器を説明するために使用される場合、ブリッジデバイスを指します。 第XNUMX層の機器を説明するために使用される場合、ルーティングデバイスを指します。

切り替えのプロセス

私たちがよく話すイーサネットスイッチは、ブリッジテクノロジーに基づくマルチポートの第XNUMX層ネットワークデバイスです。 あるポートから別のポートにデータフレームを転送するための低遅延で低オーバーヘッドのパスを提供します。 したがって、スイッチの内部コアにスイッチングマトリックスがあり、任意のXNUMXつのポート間の通信パス、または高速スイッチングバスを提供して、任意のポートで受信したデータフレームが他のポートから送信されるようにする必要があります。

交換マトリックスの機能は、多くの場合、機器の特殊チップ（ASIC）によって完了します。 さらに、イーサネットスイッチの設計思想には重要な前提があります。つまり、交換コアの速度が非常に速いため、通常の大流量データによって輻輳が発生することはありません。 言い換えれば、切り替える能力は、送信される情報の量に比べて無限に大きい（対照的に、設計におけるATMスイッチの考え方は、切り替える能力が送信される情報の量に比べて制限されるということです）。

イーサネットレイヤ2スイッチはマルチポートブリッジに基づいて開発されましたが、スイッチングの豊富な機能により、より多くの帯域幅を取得するための最良の方法であるだけでなく、ネットワークの管理も容易になります。

ルーターは、OSI プロトコル モデルのネットワーク層におけるパケット交換デバイス (またはネットワーク層リレー デバイス) です。 ルーターの基本的な機能は、次のようなデータ (IP パケット) を正しいネットワークに送信することです。

1. データグラムのルーティングと送信を含む、IPデータグラムの転送。
2.  ブロードキャストストームを抑制するためのサブネット分離。
3. ルーティングテーブルを維持し、IPパケットを転送するための基礎となる他のルーターとルーティング情報を交換します。
4. IPデータグラムのエラー処理と単純な輻輳制御。
5. IPデータグラムのフィルタリングとアカウンティングを実現します。

異なる地域のルーター

規模の異なるネットワークでは、ルーターの役割が異なります。 バックボーン ネットワークでは、ルーターの主な役割はルーティングです。 バックボーン ネットワーク上のルーターは、すべての下位レベル ネットワークへのパスを認識している必要があります。 これには、巨大なルーティング テーブルを維持し、接続状態の変化にできるだけ迅速に対応する必要があります。 ルーターに障害が発生すると、重大な情報伝送の問題が発生します。

地域ネットワークでは、ルーターの主な機能はネットワーク接続とルーティングです。 下位レベルの基本ネットワークユニット（キャンパスネットワーク）を接続し、下位レベルのネットワーク間のデータ転送を担当します。

ルーターの主な役割は、キャンパスネットワーク内のサブネットを分離することです。 初期のインターネットインフラストラクチャは、すべてのホストが同じ論理ネットワーク上にあるローカルエリアネットワーク（LAN）でした。 ネットワークのサイズが拡大し続けると、LANは、高速バックボーンとルーターで接続された複数のサブネットで構成されるキャンパスネットワークに進化します。 その中で、複数のサブネットは論理的に独立しており、ルーターはそれらを分離できる唯一のデバイスです。 サブネット間のパケット転送とブロードキャストの分離を担当し、境界上のルーターは上位層ネットワークとの接続を担当します。

主な違いs レイヤ 3 スイッチとルータの間

レイヤ3スイッチとルータを区別できない最も根本的な理由は、レイヤ3スイッチにも「ルーティング」機能があるためです。 それにもかかわらず、レイヤ3スイッチとルーターの間にはかなりの数の本質的な違いがあります。

1) 主な機能が異なる

レイヤ 3 スイッチとルータの両方にルーティング機能がありますが、それらを同一視することはできません。 多くのブロードバンド ルーターがルーティング機能だけでなく、 スイッチ ポート およびハードウェア ファイアウォール機能を備えていますが、スイッチやファイアウォールと同一視することはできません。 これらのルーターの主な機能はルーティング機能であり、他の機能は単なる追加機能であるため、その目的はデバイスをより適切で実用的なものにすることです。

同じことがレイヤ3スイッチにも当てはまります。 これは、いくつかの基本的なルーティング機能を備えた単なるスイッチであり、その主な機能はデータ交換です。 ルーターには、ルーティングと転送の主要な機能がXNUMXつしかありません。

2）主な適用可能な環境が異なります

レイヤ3スイッチのルーティング機能は、主に単純なLAN接続に面しているため、比較的単純です。 このため、レイヤ3スイッチのルーティング機能は単純であり、ルーティングパスはルーターよりもはるかに複雑ではありません。 ローカルエリアネットワークでの主な目的は、高速データ交換を提供し、ローカルエリアネットワークでの頻繁なデータ交換のアプリケーション特性を満たすことです。 ルーターが違います。 もともとは、さまざまな種類のネットワーク接続を実現するために設計されました。 ルーターはローカルエリアネットワーク間の接続にも適用できますが、LANとワイドエリアネットワーク間の接続など、主に異なるタイプのネットワーク間で使用されます。

ルーターの主な機能はルーティングと転送であり、その最終的な目的は、さまざまな複雑なルーティングネットワークの接続を解決することです。 そのため、強力なルーティング機能を備えており、同じプロトコルのLANだけでなく、異なるプロトコルのLANとWAN間でも適しています。 その利点は、最適なルートの選択、ロードシェアリング、リンクバックアップ、および他のネットワークとのルーティング情報の交換にあります。

3) 性能が違う

技術的には、ルーターとレイヤー3スイッチでは、パケット交換操作に明確な違いがあります。 ルーターはマイクロプロセッサベースのソフトウェアルーティングエンジンによるパケット交換を実行し、レイヤ3スイッチはハードウェアによるパケット交換を実行します。 レイヤ3スイッチは、最初のデータフローをルーティングした後、MACアドレスとIPアドレスの間のマッピングテーブルを生成します。 同じデータフローが再び通過すると、再度ルーティングするのではなく、このテーブルに従ってレイヤー2を直接通過します。 そうすることで、スイッチはルーターのルーティング選択によって引き起こされるネットワーク遅延を排除し、データパケット転送の効率を向上させます。

同時に、XNUMX 層のルート ルックアップ スイッチ データフローを対象としています。 キャッシュ技術を使用し、ASIC技術によって簡単に実現でき、コストを大幅に節約し、高速転送を実現できます。 ルータの転送には最長一致方式が採用されていますが、これは実装が複雑で、通常はソフトウェアで実装され、転送効率が低くなります。 このため、レイヤー 3 スイッチの全体的なパフォーマンスはルーターよりもはるかに優れているため、データ交換が頻繁に行われる LAN に非常に適しています。

ルーターには強力なルーティング機能がありますが、パケット転送効率はレイヤー3スイッチよりもはるかに低くなります。 これらは、ローカルエリアネットワークとインターネットの相互接続など、データ交換が頻繁に行われないさまざまなタイプのネットワークの相互接続に適しています。 ルーター、特にハイエンドルーターがローカルエリアネットワークで使用されている場合、（強力なルーティング機能の観点から）無駄になります。 ローカルエリアネットワークの通信性能要件を十分に満たすことができないため、サブネット間の通常の通信に影響を及ぼします。

要約すると、レイヤ3スイッチとルーターの間にはまだ本質的な違いがあります。 全体として、LANでのマルチサブネット接続には、特に異なるサブネット間のデータ交換が頻繁に行われる環境では、レイヤー3スイッチを使用することをお勧めします。 一方では、サブネット間の通信パフォーマンス要件を保証できます。 一方で、ルーターの購入にかかる投資を節約できます。 もちろん、サブネット間の通信があまり頻繁でない場合はルーターを使用することは理解できます。これにより、サブネット間の安全な分離と相互通信の目的も達成できます。 詳細は、実際のニーズに応じて決定する必要があります。

ファイバーモールのスイッチ

The 今昔 of レイヤー3スイッチ

レイヤ 3 スイッチの最も重要な目的は、大規模なローカル エリア ネットワーク内でのデータ交換を高速化することです。 ルーティング機能もこの目的に役立ちました。 XNUMX つのルートと複数の転送を実現できます。 データパケットの転送などの定常処理をハードウェアで高速に実現し、経路情報の更新、経路テーブルの保守、経路計算、経路決定などの機能をソフトウェアで実現します。

セキュリティと利便性を管理するために、主にブロードキャスト ストームの被害を軽減するために、大規模なローカル エリア ネットワークを、機能や地域などの要因に応じて小規模なローカル エリア ネットワークに変換する必要があります。 これにより、VLAN テクノロジーがネットワークで広く使用されます。 異なる VLAN 間の通信は、ルーターを介して転送する必要があります。 ポートの数が限られ、ルーティング速度が遅いため、ルーターを使用してネットワーク間アクセスを実現するだけでは、ネットワークの規模とアクセス速度が制限されます。

この状況に基づいて、レイヤー3スイッチが誕生しました。 レイヤ3スイッチはIP用に設計されており、シンプルなインターフェイスタイプを備えています。 強力なレイヤー2パケット処理機能を備えており、大規模LANでのデータルーティングとスイッチングに非常に適しています。 このスイッチは、プロトコルの第2層で機能して、従来のルーターの機能を置き換えるか部分的に完了するだけでなく、比較的安価な価格で、層XNUMXのスイッチングの速度も備えています。

レイヤ3スイッチのルーティング機能のほとんどはデータの相互作用のためのものであるため、それらのルーティング機能は同じグレードのプロ仕様のルーターほど強力ではありません。 結局のところ、セキュリティとプロトコルのサポートにはまだ多くの欠陥があり、ルーターの機能を完全に置き換えることはできません。

一般的な方法は次のとおりです。同じローカルエリアネットワーク内のさまざまなサブネットの相互接続およびローカルエリアネットワーク内のVLAN間のルーティングの場合、ルーターをレイヤー3スイッチに置き換えます。 プロフェッショナルルーターは、ローカルエリアネットワークとパブリックネットワーク間の相互接続が地域間のネットワークアクセスを実現する必要がある場合にのみ使用されます。

Cオンクルージョン

要約すると、スイッチは一般的にLAN-WAN接続に使用されます。 スイッチはブリッジに起因し、データリンク層のデバイスです。 一部のスイッチは、第3層のスイッチングも実現できます。 ルーターはWAN-WAN間の接続に使用されます。これにより、異種ネットワーク間でパケットを転送する問題を解決し、ネットワーク層で機能することができます。 比較すると、ルーターはスイッチよりも強力ですが、速度が遅く、高価です。 レイヤXNUMXスイッチは、ワイヤ速度でメッセージを転送する機能と、ルーターと同様の優れた制御機能のために広く使用されています。