레이어 3 스위치 그림

캐서린

광통신 엔지니어

매우 강력한 레이어 3 스위치는 레이어 2 스위치를 업그레이드한 제품입니다. 스위치의 모든 기능과 라우터의 일부 기능이 있습니다. 근거리 통신망에서 고속 데이터 전달을 구현하는 장치입니다. 다음으로 다음 레이어 3 스위치에 대해 자세히 살펴보겠습니다.

차례

레이어 3 스위치란 무엇입니까?

레이어 3 스위치는 레이어 2 스위치를 기반으로 만들어진 라우팅 선택 기능을 갖춘 네트워크 장치입니다. ASIC 및 FPGA를 기반으로 네트워크 기능을 구현하고 패킷을 전달할 수 있습니다. 레이어 2 스위치는 데이터 링크 레이어의 MAC 주소를 기반으로 데이터 프레임이나 VLAN 전송 기능을 수행합니다. Layer 3 스위치는 네트워크 계층의 IP 주소를 기반으로 라우팅 선택 및 패킷 필터링 기능을 수행합니다.

레이어 2 스위치

레이어 2 스위치: VLAN을 사용하여 브로드캐스트 도메인을 분리함으로써 동일한 VLAN에 속한 터미널은 데이터 프레임을 교환할 수 있습니다. 서로 다른 VLAN의 단말 간 통신이 필요한 경우에는 라우팅 기능을 사용해야 합니다. 즉, 라우터를 추가해야 한다는 의미입니다.

레이어 2 스위치 2

레이어 2 스위치와 라우터는 Cross-VLAN 통신을 완료하기 위해 함께 사용되며, 레이어 3 스위치는 다른 네트워크 장비 없이 서로 다른 VLAN 간의 통신을 직접 완료할 수 있습니다.

레이어 3 스위치

현재 내부 네트워크 코어 스위치는 모두 레이어 3 스위치를 사용하고 있습니다. 레이어 3 스위치는 이더넷으로 구성된 인트라넷 내에서 패킷을 전달하는 데 사용되며, 라우터는 인터넷과 인트라넷 간의 게이트웨이로 사용됩니다.

레이어 3 스위치와 라우터의 차이점은 무엇입니까?

레이어 3 스위치와 스위치

성함	레이어 3 스위치	라우터
하드웨어	박스형, 프레임형	데스크탑형, 박스형, 프레임형
데이터 프레임 처리	ASCI 기반 하드웨어 처리	CPU 기반 소프트웨어 처리
퍼포먼스	선형 속도 처리	레이어 3 스위치보다 느림
인터페이스	이더넷(RJ-45, 광트랜시버)	이더넷(RJ-45, 광트랜시버), 직렬 포트, ISDN, ATM, SDH 등
지원되지 않는 프로토콜 및 기능	전화 접속 액세스(PPP, PPPoE), 높은 QoS, NAT, VPN, 상태 감지, 높은 보안, VolP 등	STP/RSTP, LAN 추적, IEEE 802.1X, 사설 VLAN, 스태킹 등

레이어 3 스위치는 이더넷의 데이터 링크 레이어 프로토콜과 IP 네트워크의 네트워크 레이어 프로토콜만 지원합니다.

라우터: IEEE 802 표준 외에도 물리 계층과 데이터 링크 계층은 ATM, SDH 및 직렬 포트를 포함한 다른 프로토콜도 지원합니다. 네트워크 계층과 전송 계층은 IPX, AppleTalk 등과 같은 TCP/IP 이외의 프로토콜 스택도 지원합니다. 이러한 기능은 CPU에서 실행되는 소프트웨어에 의해 완료되며, 레이어 3 스위치에 비해 속도가 훨씬 느려집니다. 하지만 원격 액세스, 보안 기능 등과 같이 라우터 CPU에서 처리해야 하는 기능도 많이 있습니다.

레이어 3 스위치의 아키텍처는 무엇입니까?

레이어 3 스위치의 구성 요소에는 제어 평면, 데이터 평면, 백플레인 및 물리적 인터페이스가 포함됩니다. 고급 라우터와 방화벽에도 동일한 아키텍처가 적용됩니다. XNUMX층 스위치는 하드웨어 장치 내부를 두 영역, 즉 주로 라우팅 및 관리 기능을 갖춘 제어 평면과 주로 데이터 전달 기능을 갖춘 데이터 평면으로 나누어 고속 패킷의 시스템 아키텍처를 실현합니다. 전송.

Layer-3-Switch -1의 구성 요소

Layer-3-Switch-2의 구성 요소

하드웨어 구성	상품 설명
제어 표면	하드웨어는 CPU 기반 소프트웨어 처리에 의해 제어됩니다. 오버헤드 운영 체제 재관리, 관리자 사용자 인터페이스, 라우팅 프로토콜 처리 등
데이터 평면	실제 데이터 전송은 ASIC, FPGA 및 네트워크 프로세서를 기반으로 한 하드웨어 처리에 의해 수행됩니다. MAC 프레임 전송은 Layer 2에서 완료되고 IP 패킷 전송은 Layer 3에서 완료됩니다. 전송 중에 필요한 액세스 제어 목록 및 QoS 관련 처리도 수행됩니다.
백플레인	데이터는 물리적 인터페이스 간에 전송됩니다. 백플레인은 공유 버스 모드, 공유 메모리 모드 및 크로스바 모드의 세 가지 모드를 지원합니다. 서브랙의 케이블 카드 연결을 위한 이더넷 표준은 IEEE802.3ap 및 IEEE802.3ba입니다.
물리적 인터페이스	다른 하드웨어와 데이터 프레임을 보내고 받습니다. 레이어 45 스위치에 RJ-3 또는 광트랜시버(SFP 등) 커넥터 사용

하드웨어의 내부 구조가 제어 평면과 데이터 평면으로 구분될 때 패킷 전송에는 FIB(Forwarding Information Base) 및 인접 테이블 정보를 사용해야 합니다. FIB와 인접 테이블 정보를 이용하여 IP 패킷을 전송하는 방식을 고속 전달(Express Forwarding)이라고 합니다.

FIB 및 인접 테이블

기입	일러스트
FIB(포워딩정보베이스)	항목은 제어 평면의 라우팅 테이블 정보를 기반으로 데이터 평면에 생성되며 현재 유효한 대상 서브넷, 다음 홉 및 출력 인터페이스 조합으로 구성됩니다.
인접 테이블	ARP 테이블 정보를 기반으로 데이터 플레인에 생성되는 항목으로 현재 유효한 대상 호스트 및 출력 인터페이스에 대한 정보로 구성됩니다.

라우터는 패킷 전달을 위해 CPU를 사용하는 반면, 레이어 3 스위치는 더 빠른 패킷 전달을 위해 CPU 대신 ASCI를 사용합니다.

박스형 제품 아키텍처 1

박스형 제품 아키텍처 2

레이어 3 스위치는 FIB와 인접 테이블을 FDB(전달 데이터베이스)라는 단일 항목으로 결합합니다. 이 FDB는 메모리에 등록되고 고속 검색을 위해 하드웨어로 처리됩니다.

멀티레이어 스위칭이란 무엇입니까?

레이어 2 스위치를 제외하고 레이어 3(포함) 위의 스위치를 총칭하여 멀티레이어 스위치라고 합니다. IP 라우팅과 같은 네트워크 기능을 가지고 있으며 액세스 제어 목록을 통해 전송 계층의 TCP 포트 번호에 대한 액세스를 제어할 수 있는 레이어 3 스위치, 레이어 4 스위치라고도 합니다. TCP 수준까지 접근 제어를 지원할 수 있는 스위치를 레이어 4 스위치라고 합니다. HTTP 및 HTTPS의 애플리케이션 계층 매개변수를 기반으로 로드 밸런싱 및 기타 작업을 수행할 수 있는 스위치를 레이어 7 스위치라고 합니다. 일부 제조업체에서는 애플리케이션 계층을 처리하는 네트워크 장치와 라우터를 서로 다른 유형의 제품으로 구분합니다. 그러나 소위 멀티 레이어 스위치는 ASIC 및 FPGA 하드웨어 처리를 기반으로 각 레이어의 비즈니스 처리를 위한 고속 네트워크 장비입니다.

로드 밸런싱 장치란 무엇입니까?

여러 클라이언트가 동시에 서버에 연결되면 서버의 처리 능력이 과부하될 수 있습니다. 동일한 서비스를 제공하는 여러 서버를 사용하는 경우 로드 밸런싱 장치를 사용하면 클라이언트의 요청을 각 서버에 분산하여 처리할 수 있습니다. 로드 밸런싱 장치는 전문적인 설정일 수도 있고 서버에서 실행되는 애플리케이션일 수도 있습니다. 전용 장치에는 말하자면 일종의 다층 스위치인 이더넷 인터페이스가 있습니다. 로드 밸런싱 기능을 갖춘 라우터도 있습니다.

로드 밸런싱 장치는 일반적으로 가상 IP 주소를 할당하며, 모든 클라이언트 요청은 가상 IP 주소를 통해 충족되며, 이는 로드 밸런싱 알고리즘을 통해 서버의 실제 IP 주소로 전달됩니다. 로드 밸런싱 장치를 사용하면 확장성과 안정성을 향상시킬 수 있습니다.

가상 서버

로드 밸런싱 장비는 서버뿐만 아니라 방화벽, 프록시 서버 등 보안 장비에도 적합합니다.

로드 밸런싱 알고리즘 유형

알고리즘 이름	상품 설명
원형으로 서명한 청원서	순차적인 로드 밸런싱을 위한 분산 알고리즘입니다. 이 알고리즘은 각 서버의 처리 용량이 동일하고 각 서비스의 처리 용량이 다르지 않을 때 가장 적합합니다. 예를 들어 서버가 1대라면 2→3→1→2→3→1→XNUMX 순이다.
최소 연결	여러 서버 중 연결 수가 가장 적은 서버와의 통신을 처리하는 알고리즘입니다. 각 서버의 처리 용량이 다르더라도 각 서비스의 처리 용량은 동일하지 않으므로 서버의 부하를 어느 정도 줄일 수 있습니다.
가중 라운드 로빈	서버의 처리 능력이 다른 경우에는 폴링 시 각 서버에 일정한 가중치를 부여하는 알고리즘이 적합합니다. 예: 서버 1 추가 가중치 1, 서버 2 추가 가중치 2, 서버 3 추가 가중치 3, 순서는 1→2→2→3→3→1→2→2→3→3→3→3→1
가중치가 부여된 최소 연결	연결이 가장 적은 각 서버에 가중치를 부여하고, 각 서버에 미리 처리할 연결 수를 할당하고, 클라이언트 요청을 연결이 가장 적은 서버로 리디렉션하는 알고리즘
IP 주소 해싱	소스 및 대상 IP 주소의 해시를 관리하여 동일한 발신자(또는 동일한 대상으로 향하는 패킷)의 패킷을 결합하여 동일한 서버로 전달하는 알고리즘입니다. 클라이언트가 처리해야 할 일련의 서비스가 있고 서버와 반복적으로 통신해야 하는 경우 이 알고리즘은 흐름(세션)을 단위로 사용하여 동일한 클라이언트의 통신이 동일한 서버에서 직접 처리될 수 있도록 합니다.
URL 해싱	URL 정보에 대한 클라이언트 요청의 해싱을 관리하여 동일한 URL로 전송된 요청을 동일한 서버로 전달하는 알고리즘

SSL 가속이란 무엇입니까?

SSL 가속은 전용 로드밸런싱 장비의 기능으로, 이 기능을 수행하는 내부 장치를 SSL 가속기라 합니다.

SSL 통신

서버와의 SSL 통신 중에 전송되는 데이터를 암호화하고 복호화하려면 상당히 복잡한 계산이 필요하므로 서버 CPU의 처리 부하가 더욱 증가합니다. 암호화 및 복호화를 수행하지 않는 HTTP 트래픽과 비교하면 HTTPS의 처리 부하는 HTTP의 10배입니다. 이때, SSL 가속기를 이용하여 클라이언트의 HTTPS 요청을 복호화하고 HTTP 요청으로 변환한 후 실제 서버로 전달함으로써 서버 CPU의 처리 부하를 줄일 수 있다. 이러한 방식으로 전체 시스템은 서버 응답 속도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 서버 수를 줄이고 단위 시간당 더 많은 웹 서비스 콘텐츠를 전달할 수 있습니다.

성능 분류에 따른 레이어 3 스위치 유형은 몇 가지입니까?

레이어 3 스위치의 백플레인 용량에 따라 하이엔드 스위치, 미드레인지 스위치, 로우엔드 스위치로 나눌 수 있습니다.

하이엔드 레이어 3 스위치

프레임형 레이어 3 스위치는 라우팅 엔진, 스위칭 패브릭, 라인 카드 모듈, 팬 모듈, 전원 모듈로 구성되며, 일반적으로 데이터센터에서 기업의 핵심 스위치로 사용된다.

하이엔드 레이어 3 스위치

스위치의 신뢰성을 높이기 위해 라인카드 모듈을 제외한 모든 모듈은 이중화 구조를 제공합니다. 전원 또는 팬 모듈은 일반적으로 1+N 또는 N+N 중복이며, 라우팅 엔진은 일반적으로 1+1 중복입니다. 레이어 3 스위치는 일반적으로 전체 시스템의 가용성을 향상시키기 위해 여러 장치를 적층하는 XNUMX레이어 이중화 구조를 형성합니다.

미드레인지 레이어 3 스위치

미드레인지 레이어 3 스위치는 일반적으로 최대 4개의 슬롯을 갖는 박스형 스위치나 프레임형 스위치로 기업용 코어 스위치와 액세스 스위치의 집합 스위칭에 사용된다.

미드레인지 레이어 3 스위치

저가형 레이어 3 스위치

저가형 레이어 3 스위치는 일반적으로 박스형 스위치나 데스크탑 스위치로 기업용 액세스 스위치로 사용되며 보통 24포트 또는 48포트를 갖고 있다. 일부는 IP 전화나 무선 LAN의 액세스 포인트 역할을 하며 PoE(Power over Ethernet)를 직접 사용할 수도 있습니다.

로우엔드 레이어 3 스위치

레이어 3 스위치의 기능은 무엇입니까?

각 제조업체의 레이어 3 스위치가 제공하는 기능은 다르지만 이러한 기능은 크게 인증, 관리, 라우팅 프로토콜, QoS, IP 터널링, VLAN, STP 등 여러 범주로 나뉩니다.

레이어 3 스위치의 기능

OSI 참조 모델	분류	함수
응용 계층	인증, 관리	SNMP, RMON, syslog, DHCP, NetFlowFTP, IEEE 802.1X 등
네트워크 계층, 전송 계층	라우팅 프로토콜	정적 경로, RIPv1/v2, OSPF, BGPv4, IS-IS, 멀티캐스트 경로 선택, RIPng, OSPFv3, BGP4+, 정책 기반 경로 선택 등
	QoS를	IEEE 802.1p、LLQ、WFQ、RED、Shaping、대역폭 제어 등
	IP 터널	IPv4을 통한 IPv6, IPv6를 통한 IPv4 등.
	other	필터링, 로드 밸런싱 및 VRRP
DLL(데이터링크 계층)	VLAN	포트 VLAN, IEEE 802.1Q(태그 VLAN), 사설 VLAN, 업링크 VLAN 등
	STP	STP(IEEE 802.1D、RSTP(IEEE802.1W)PVST+、MSTP(802.1s)등.

레이어 3 스위치에서는 그룹 관리 기능이 CPU 소프트웨어에 의해 직접 수행됩니다. 사용자 직접 통신은 ASIC(하드웨어)에 의해 처리되어 패킷의 고속 전달을 달성합니다.

레이어 3 스위치의 기능

VLAN이란 무엇입니까?

하나 이상의 허브로 구성된 브로드캐스트 도메인을 플랫 네트워크라고 부를 수 있습니다. 상호 연결된 터미널은 네트워크로부터 모든 브로드캐스트 프레임을 수신합니다. 연결된 단말기 수가 늘어날수록 브로드캐스트 수도 늘어나고 네트워크 상황도 더욱 복잡해집니다. 이 경우 다음을 사용해야 합니다. VLAN(가상랜) 플랫 네트워크 전체를 논리적으로 분할하는 기술입니다. VLAN은 브로드캐스트 도메인에 해당하며, 서로 다른 VLAN의 브로드캐스트 도메인은 서로 분리되어 있으므로 브로드캐스트 도메인 내에서 브로드캐스트 트래픽 규모를 제어할 수 있습니다.

VLAN 기술

스위치는 설정을 통해 물리적 포트의 속성을 쉽게 수정할 수 있으므로 해당 물리적 회선을 변경하지 않고도 물리적 포트를 VLAN에 추가할 수 있습니다. VLAN 간의 통신에는 라우팅이 필요하며, 라우터나 레이어 3 스위치의 도움 없이는 다른 VLAN의 엔드포인트와 통신할 수 없으므로 보안도 보장됩니다.

포트 기반 VLAN이란 무엇입니까?

포트 기반 VLAN은 스위치의 포트에 VLAN ID를 설정하는 것으로, 동일한 VLAN ID를 가진 여러 포트가 VLAN을 구성합니다. 스위치의 초기 상태에서는 모든 포트의 기본 VLAN ID = 1(즉, VLAN 1)이며 모든 포트의 VLAN ID를 설정할 수 있습니다. 예를 들어 포트를 VLAN ID = 2로 수정하면 이 포트는 VLAN 2에 속합니다.

태그 VLAN이란 무엇입니까?

VLAN이 여러 스위치에 걸쳐 있어야 하는 경우 트렁크 포트와 태그 VLAN이 사용됩니다. 태그 VLAN은 트렁크 포트를 통해 데이터 프레임의 송수신을 완료하며, 데이터 프레임에는 헤더 정보(즉, VLAN 태그 정보)를 정의하기 위해 IEEE 4 Q의 802.1바이트를 추가해야 합니다. 데이터 프레임에 레이블을 지정하는 프로세스를 태깅이라고 합니다. 태깅이 완료되면 데이터 프레임의 최대 길이가 1518비트의 VLAN ID 정보를 사용하여 1522바이트에서 12바이트로 변경됩니다. 즉, 지원되는 최대 VLAN 수는 4096개입니다.

VLAN 태그

태그가 지정되지 않은 이더넷 데이터 프레임

이더넷에서 데이터 프레임의 TPID 값은 0x8100입니다. 소스 주소 뒤의 값이 0x8100이 아닌 경우에는 TPID 정보가 아니고 "길이/타입"으로 식별됩니다. Length/Type 값이 0x05DC 이하이면 데이터 프레임의 길이를 나타냅니다. 0x0600 이상의 값은 데이터 프레임의 유형을 나타냅니다. 데이터 프레임 유형 값: IPv4는 0x0800, ARP는 0x0806, IPv6는 0x86DD 등입니다.

IEEE 802.1Q를 지원하지 않는 스위치는 TPID를 인식하지 못하기 때문에 0x8100을 데이터 프레임 종류로 취급하지만, 0x8100의 데이터 프레임이 없어 스위치는 이를 오류 프레임으로 폐기하게 됩니다. IEEE 802.1Q는 또한 PCP, CFI 및 VID의 3가지 유형으로 나눌 수 있는 TCI라는 필드를 정의합니다.

TCI의 3가지 유형

성함	상품 설명
PCP(우선순위 코드 포인트)	IEEE 802.1Q에 정의된 데이터 프레임의 우선순위를 나타내며, 가장 낮은 수준은 0(0b000)이고 가장 높은 수준은 7(0b111)입니다.
CFI(표준 형식 표시기)	표준 MAC 주소의 경우 값은 0이고 비표준 MAC 주소의 경우 값은 1입니다. 이더넷에서는 값이 일반적으로 0입니다.
VID(VLAN 식별자)	데이터 프레임이 속한 VLAN의 ID를 나타냅니다. 0(0x000)은 PCP의 우선순위를 식별하는 데에만 사용됩니다. 4095는 예약된 값입니다. 사용 가능한 값의 범위는 1~4094입니다.

네이티브 VLAN이란 무엇입니까?

기본 VLAN은 트렁크 포트용입니다. 트렁크 포트에 들어가기 전에 데이터 프레임에 태그가 지정되지 않은 경우 트렁크 포트는 해당 데이터 프레임에 기본 VLAN으로 태그를 지정하고 데이터 프레임은 기본 VLAN으로 전송됩니다. 트렁크에 들어가기 전에 프레임에 태그가 지정되고 트렁크 포트에서 VLAN ID 통과를 허용하면 프레임이 통과됩니다. 트렁크 포트에서 허용되지 않는 VLAN 데이터 프레임은 폐기됩니다. 기본적으로 스위치는 VLAN ID가 1인 VLAN을 기본 VLAN으로 사용합니다. 기본 VLAN은 사용자 정의가 가능하며 일반적으로 VLAN 1 이외의 VLAN을 기본 VLAN으로 관리 VLAN으로 사용합니다.

트렁크 포트란 무엇입니까?

VLAN 태그를 사용하여 VLAN ID를 다른 스위치에 전달하는 경우 먼저 트렁크 포트를 설정하십시오. 트렁크 포트는 여러 VLAN에 속할 수 있으며 여러 VLAN의 프레임을 보내고 받기 위해 다른 스위치와 통신할 수 있습니다. 두 스위치의 트렁크 포트 사이의 링크를 트렁크 링크라고 합니다.

트렁크 링크

액세스 포트 및 액세스 링크는 트렁크 포트 및 트렁크 링크에 해당합니다. 액세스 포트는 하나의 VLAN에만 속하며 액세스 링크는
하나의 VLAN 데이터 프레임.

프라이빗 VLAN이란 무엇입니까?

PVLAN이라고도 불리는 Private VLAN은 VLAN 내부에 VLAN의 레이어를 구성하는 기능을 말하며, Multi-Layer VLAN이라고도 합니다.

사설 VLAN

PVLAN은 브로드캐스트 도메인을 더욱 세분화하고, VLAN 내의 브로드캐스트 트래픽을 줄이고, 통신을 보호할 수 있습니다. 호텔, 아파트 및 기타 장소에서는 이 기능을 사용하여 서버 또는 게이트웨이와 단말기 간의 연결을 제어하므로 서로 다른 단말기가 서로 통신할 수 없습니다. PVLAN은 기본 VLAN과 보조 VLAN으로 구성되며, 보조 VLAN은 기본 VLAN과 연결됩니다.

정적 VLAN과 동적 VLAN의 차이점은 무엇입니까?

스위치 명령을 입력하면 스위치 포트가 특정 VLAN에 고정적으로 할당됩니다. 이러한 VLAN 분할 방법을 정적 VLAN이라고 합니다. 이에 비해, 접속 포트의 단말이나 사용자 정보에 따라 특정 VLAN을 자동으로 할당하는 방식을 Dynamic VLAN이라고 합니다.
특히 스위치는 엔드포인트의 MAC 주소 또는 802.1X 인증을 기반으로 포트가 속한 VLAN을 결정합니다. 동적 VLAN에서 엔드포인트는 연결된 스위치에 관계없이 고정 VLAN을 획득합니다. MAC 주소 기반의 인증은 스위치 내부의 데이터베이스를 통해 가능하지만, 대부분의 경우 동적 VLAN은 RADIUS 서버를 사용하여 구현됩니다.

동적 VLAN

VLAN은 어떻게 상호 운용됩니까?