آیا تا به حال فکر کرده‌اید که چگونه یک بسته اطلاعاتی از کامپیوتر شما به سرور دیگری در آن سوی دنیا منتقل می‌شود؟ یا چگونه یک شبکه بزرگ مانند اینترنت به این سرعت و کارایی عمل می‌کند؟ پاسخ بسیاری از این سوال‌ها در سوئیچ‌های لایه سه نهفته است. با فالنیک همراه باشید تا به بررسی کامل سوئیچ‌های لایه سه بپردازیم و به این سوال پاسخ دهیم که سوئیچ لایه چیست؟ چه مزایا و معایبی دارد؟ و چرا باید از سوئیچ‌های لایه سه استفاده کرد؟
فهرست محتوا
سوئیچ لایه 3 چیست؟
سوئیچ لایه 3 (Layer 3 switch) که تحت عنوان سوییچ چندلایه نیز شناخت می‌شود، یک دستگاه سخت‌افزاری تخصصی است که شباهت‌های زیادی با روتر سنتی دارد، هم از نظر ظاهر فیزیکی و هم از نظر عملکرد. سوئیچ‌های لایه 3 از همان پروتکل‌های مسیریابی مانند روترها پشتیبانی می‌کنند. این سوئیچ‌ها بسته‌های ورودی را بررسی کرده و ضمن اتخاذ تصمیمات حیاتی مسیریابی، وظایف مسیریابی را هم در کنار وظایف سوئیچینگ انجام می‌دهند.
به زبان ساده، یک سوئیچ لایه 3 قابلیت‌های یک سوئیچ و یک روتر را ارائه می‌دهد. این دستگاه مانند یک سوئیچ عمل می‌کند و دستگاه‌های موجود در یک زیرشبکه یا VLAN را با سرعت بسیار بالا به هم متصل می‌کند. این سوئیچ‌ها دارای مکانیزم مسیریابی مبتنی بر آدرس IP هم هستند که به آن‌ها اجازه می‌دهد مانند یک روتر عمل کنند. سوئیچ لایه سه این توانایی را دارد که از پروتکل‌های مختلف مسیریابی پشتیبانی کند، بسته‌های ورودی را بررسی کند و حتی تصمیمات مسیریابی را بر اساس آدرس‌های مبدا و مقصد اتخاذ کند. برای مثال طیف گسترده‌ای از سوییچ‌های لایه 3 سیسکو، به عنوان یک سوئیچ و یک روتر قادر به فعالیت هستند. مانند روترها، سوئیچ‌های لایه 3 نیز می‌توانند برای پشتیبانی از پروتکل‌های مسیریابی زیر پیکربندی شوند:
- پروتکل اطلاعات مسیریابی (RIP)
- کوتاه‌ترین مسیر اول باز (OSPF)
- پروتکل مسیریابی داخلی پیشرفته (EIGRP)
به طور کلی سوئیچ‌های لایه 3 انعطاف‌پذیری زیادی را به شبکه‌ها اضافه می‌کنند که استفاده از آن‌ها گسترش شبکه در آینده را بسیار ساده می‌کند.
اگر می‌خواهید در مورد سوئیچ‌ها بیشتر بدانید مقاله سوئیچ چیست + انواع و کاربرد آن ؛ پادکست را از دست ندهید.
ویژگی‌های سوئیچ لایه 3 چیست؟
سوئیچ لایه 3 (Layer 3 switch) ویژگی‌هایی دارد که آن را از سوییچ‌های لایه 2 متمایز می‌کند. این ویژگی‌ها عبارتند از:
- دارای 24 پورت اترنت هستند، اما رابط WAN ندارند.
- به عنوان یک سوئیچ برای اتصال دستگاه‌های درون یک زیرشبکه عمل می‌کنند.
- الگوریتم سوئیچینگ ساده‌ای دارند و فرآیند مسیریابی بسته‌ها را با سرعت بالایی انجام می‌دهند.
- در دو لایه OSI یعنی لایه 2 و لایه 3 کار می‌کنند.
کاربرد سوئیچ لایه 3 چیست و چرا از آن استفاده می‌کنیم؟
برخی از کارشناسان فناوری اطلاعات در مورد استفاده از سوئیچ لایه 3 (Layer 3 switch) سردرگمی‌های زیادی دارند، زیرا در یک پیکربندی سنتی، روترها در لایه 3 مدل OSI و سوئیچ‌ها در لایه 2 کار می‌کنند. پس چگونه سوئیچ لایه 3 در این مدل قرار می‌گیرد؟ همچنین، نام «سوئیچ لایه 3» کمی گیج‌کننده است زیرا سوئیچ‌ها معمولا در لایه 2 کار می‌کنند.
سوئیچ‌های لایه 3 در ابتدا برای بهبود عملکرد مسیریابی در شبکه‌های بزرگ، به ویژه اینترانت‌های سازمانی طراحی شدند. بیایید برای درک هدف آن‌ها کمی به عقب برگردیم تا ببینیم این سوئیچ‌ها چگونه تکامل یافته‌اند.
زمانی که ترافیک روی VLANها کم تا متوسط باشد، سوئیچ‌های لایه 2 به خوبی کار می‌کنند، اما این سوئیچ‌ها هنگامی که ترافیک افزایش می‌یابد، ممکن است دچار مشکل شوند. بنابراین، تولیدکنندگان مجبور شدند تا قابلیت‌های لایه 2 را افزایش دهند.
یک گزینه استفاده از یک روتر به جای سوئیچ بود، اما روترها کندتر از سوئیچ‌ها هستند، بنابراین عملکرد شبکه‌های درون سازمانی را به شکل قابل توجهی کندتر می‌کنند. برای غلبه بر این نقطه ضعف، محققان پیاده‌سازی یک روتر درون یک سوئیچ را در نظر گرفتند. اگرچه از نظر فنی امکان‌پذیر بود، اما انتخاب ایده‌آلی نبود، زیرا سوئیچ‌های لایه 2 فقط روی فریم MAC اترنت کار می‌کنند، در حالی که لایه 3 چند پروتکل مسیریابی را مدیریت می‌کند. محققان احساس کردند که این کار بسیار پیچیده است، بنابراین ایده یک سوئیچ لایه 3 را مطرح کردند که مانند روترها با پیش‌برد سریع (fast-forwarding) از طریق سخت‌افزار زیرین عمل کند.
به همین دلیل، تفاوت اصلی بین سوئیچ‌های لایه 3 و روترها در سخت‌افزار نهفته است. اگر به سخت‌افزار یک سوئیچ لایه 3 نگاه کنید، ترکیبی از سوئیچ‌ها و روترهای سنتی را مشاهده خواهید کرد، با این تفاوت که منطق نرم‌افزاری روتر با سخت‌افزار مدار مجتمع جایگزین شده است تا عملکرد شبکه را بهبود دهد. با این‌حال، به این نکته توجه داشته باشید که برای برقراری ارتباط شبکه سازمانی با یک شبکه عمومی مثل اینترنت به روتر نیاز دارید.
علاوه بر این، یک سوئیچ لایه 3 معمولا پورت‌های WAN یا سایر ویژگی‌های WAN که در یک روتر سنتی مشاهده می‌کنید را ندارد بنابراین برای دستیابی به این ویژگی‌ها و مزایا باید از سوئیچ لایه سه استفاده کنیم. در ادامه نحوه عملکرد سوئیچ لایه سه را بررسی می‌کنیم. با ما همراه باشید.
برای آشنایی با سوئیچ‌های لایه 2، این مقاله را مطالعه کنید: سوئیچ لایه دو چیست؟ چگونه کار می کند و چه کاربردی دارد؟
سوئیچ لایه 3 چگونه کار می‌کند؟
سوئیچ لایه 3 (Layer 3 switch) به دو شکل عمل می‌کند:
- سوئیچ‌های برش مستقیم (Cut-through): این نوع سوئیچ لایه 3 در یک مجموعه بسته، فقط به اولین بسته نگاه می‌کند تا آدرس IP مقصد را مشخص کند، سپس بسته‌های باقی‌مانده را با استفاده از مک آدرس‌ها جابه‌جا می‌کند، در نتیجه نرخ‌های گذردهی داده را افزایش می‌دهد.
- سوئیچ‌های لایه 3 بسته به بسته (PPL3): سوئیچ‌های PPL3 به هر بسته نگاه می‌کنند تا آدرس آی‌پی آن را تعیین کنند. این سوئیچ‌ها مانند یک روتر با سرعت بالا و بر مبنای مکانیزم مسیریابی داخلی سخت‌افزاری به جای نرم‌افزاری، فرآیند انتخاب بهترین مسیر را انجام می‌دهند. این سوئیچ‌ها وظایف مشابه دیگری نیز با روترها دارند؛ مانند:
- استفاده از چک‌سام بسته برای تایید یکپارچگی بسته‌ها
- به‌روزرسانی اطلاعات زمان جاری (TTL) بسته پس از هر هاپ
- پردازش هرگونه اطلاعات موجود در هدر بسته
معمولاً سوئیچ‌های PPL3 با استفاده از یک پروتکل مسیریابی مانند پروتکل RIP یا پروتکل OSPF با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند تا از توپولوژی کلی شبکه آگاه شوند.
اگر با سوئیچ‌ها لایه دو و سه آشنایید و به دنبال مفاهیم تخصصی‌تری هستید، مطالعه مقاله آموزش تبدیل سوئیچ لایه 2 به 3 ممکن است برایتان جذاب باشد.
مزایای سوئیچ لایه 3 چیست؟
با توجه به توضیحاتی که ارائه کردیم، اکنون متوجه شده‌اید که سوییچ‌های لایه 3 با هدف کاهش پیچیدگی‌ها، مدیریت کارآمد شبکه‌ها و مدیریت‌پذیرتر کردن شبکه‌های محلی از طریق پیاده‌سازی زیرشبکه‌ها و شبکه‌های محلی مجازی ایجاد شده‌اند. بر همین اساس، باید بگوییم که سوییچ‌های لایه 3 مجموعه‌ای از ویژگی‌های کلیدی را در اختیار ما قرار می‌دهند که از مهم‌ترین آن‌ها باید به موارد زیر اشاره کرد:
- بهبود تفکیک خطا
- ساده‌سازی مدیریت امنیت
- کاهش حجم ترافیک پخشی (Broadcast traffic)
- تفکیک جداول مسیریابی و در نتیجه تفکیک بهتر ترافیک
- پشتیبانی از Flow Auditing و مقیاس‌پذیری با سرعت بالا
- پشتیبانی از مسیریابی بین شبکه‌های محلی مجازی (VLAN)
- ساده‌سازی روند عیب‌یابی، مانند عیب‌یابی لایه L2 که خسته‌کننده و زمان‌بر است
- ساده‌سازی فرآیند پیکربندی VLANها، زیرا نیازی به یک روتر جداگانه بین هر VLAN نیست
- کمترین تاخیر شبکه، زیرا نیازی نیست که یک بسته از هاپ‌های اضافی مثل روترها عبور کند که زمان ارسال و دریافت بسته‌ها را افزایش می‌دهد.
حالا که مزایای سوئیچ سوئیچ لایه 3 را ذکر کردیم، بیایید مشکلات و معایب سوئیچ لایه سه را نیز بررسی کنیم.
معایب سوئیچ لایه 3 چیست؟
مانند هر محصولی، یک سوئیچ لایه 3 (Layer 3 switch) نیز دارای معایبی است. ما هر یک از این معایب را به طور خلاصه عنوان کنیم تا به شناخت بهتری نسبت به سوئیچ‌های لایه سه برسید.
- هزینه
هزینه‌های خرید و استفاده از سوئیچ لایه 3 یکی از معایب آن است. قیمت این سوئیچ‌ها بیشتر از یک سوئیچ سنتی است و پیکربندی و مدیریت این سوئیچ‌ها نیز تلاش بیشتری می‌طلبد. بنابراین، یک سازمان باید آماده باشد تا منابع اضافی را برای پیکربندی سوئیچ‌های لایه 3 هزینه کند. به بیان دقیق‌تر، به کارشناسان خبره فناوری اطلاعات نیاز دارد.
- کاربرد محدود
سوئیچ لایه 3 بیشتر برای محیط‌های اینترانت بزرگ که از دستگاه‌های زیادی استفاده می‌کنند، کاربرد دارد. خانه‌ها و سازمان‌های کوچک نیازی به این سوئیچ‌ها ندارند.
- عدم عملکرد WAN
عدم عملکرد WAN یکی دیگر از معایب اصلی سوئیچ‌های لایه 3 است. به بیان دقیق‌تر، نمی‌توانید روترها را حذف کنید. بنابراین، برای مسیریابی ترافیک ورودی و خروجی سازمان خود به هر دستگاه، به روتر لایه 3 و سوئیچ نیاز خواهید داشت.
- مستاجران متعدد و مجازی‌سازی
در مقایسه با سوئیچینگ لایه 2، مسیریابی لایه 3 نسبتا کندتر است. این موضوع می‌تواند زمانی که می‌خواهید VLANها را در چند سوئیچ گسترش دهید تا از چندین مستاجر و مجازی‌سازی پشتیبانی کنید، مشکل‌ساز باشد.
در مقاله تفاوت سوئیچ لایه دو و لایه 3 اطلاعات کاملی درباره این دو سوئیچ و تفاوت‌ها و شباهت‌های آن به دست می‌آورید.
آیا واقعا به سوئیچ شبکه لایه 3 نیاز داریم؟
اکنون به این پرسش کلیدی می‌رسیم که آیا سوئیچ شبکه لایه 3 برای کسب و کار ما مناسب است یا خیر؟ پاسخ این سوال به پیکربندی شبکه شما و اندازه آن بستگی دارد. به طور کلی، اگر به هر یک از سوالات زیر پاسخ مثبت می‌دهید، نیازمند یک سوئیچ لایه 3 هستید:
- آیا شبکه‌ای دارید که نیازمند VLAN است یا قصد دارید به زودی از این فناوری استفاده کنید؟
- آیا واحدهای مختلف سازمان از منظر امنیت و عملکرد نیاز به دامنه‌های پخشی جداگانه دارند؟
- آیا زیرشبکه‌های شما از طریق یک روتر به هم متصل هستند؟
- آیا شبکه شما بیش از 250 دستگاه متصل به یک VLAN دارد؟
اگر به یک یا چند مورد از سوالات بالا پاسخ مثبت دادید، مطمئنا برای بهبود عملکرد به یک سوئیچ لایه 3 نیاز دارید. در غیر این صورت، خرید این سوئیچ‌ها اختیاری است.
خلاصه‌ای از نکات طلایی در مورد سوئیچ‌های لایه 3
در این مقاله گفتیم که سوئیچ لایه 3، دستگاهی است که علاوه بر عملکرد سوئیچ‌های معمولی (لایه دو)، قادر به مسیریابی بسته‌های داده بر اساس آدرس IP هم است. به عبارت ساده‌تر، سوئیچ لایه 3 هم به عنوان یک سوئیچ و هم به عنوان یک روتر عمل می‌کند. این دستگاه با بررسی آدرس IP هر بسته، بهترین مسیر را برای رسیدن آن به مقصد انتخاب می‌کند و به این ترتیب، ترافیک شبکه را بهینه کرده و عملکرد آن را بهبود می‌بخشد.
سپس به مزایا و معایب سوئیچ لایه 3 پرداختیم. از جمله مزایای سوئیچ لایه 3 باید به افزایش پهنای باند، بهبود امنیت شبکه، امکان تقسیم‌بندی شبکه به بخش‌های مختلف (VLAN) و قابلیت مسیریابی بین شبکه‌های مختلف اشاره کرد.
با این حال این سوئیچ‌ها معایبی نیز دارند؛ سوئیچ‌های لایه 3 نسبت به سوئیچ‌های لایه 2 پیچیده‌تر و گران‌تر هستند و نیاز به پیکربندی دقیق‌تری دارند.
از نظر عملکردی اشاره کردیم که سوئیچ لایه 3 با استفاده از جدول مسیریابی خود، بهترین مسیر را برای هر بسته داده تعیین می‌کند. این جدول حاوی اطلاعاتی در مورد شبکه‌های متصل، مسیرهای دسترسی به آن‌ها و هزینه هر مسیر است. هنگامی که یک بسته داده به سوئیچ وارد می‌شود، سوئیچ آدرس IP مقصد را بررسی کرده و با استفاده از جدول مسیریابی، بهترین مسیر را برای رسیدن بسته به مقصد انتخاب می‌کند. سپس، بسته از طریق پورت مناسب به شبکه بعدی ارسال می‌شود. این فرآیند به صورت مداوم و با سرعت انجام می‌شود تا اطمینان حاصل شود که بسته‌های داده به درستی به مقصد خود می‌رسند. امیدواریم مطالعه این مقاله برای شما مفید بوده باشد. در صورت نیاز به مشاوره تخصصی رایگان، متخصصان فالنیک کنار شما هستند تا بهترین سوئیچ شبکه را برای کسب‌وکار یا شرکت خود انتخاب کنید.
