Отличие роутеров и l3 коммутаторов

В предназначении и внутреннем устройстве)

L3-свич хорошо «гоняет» (пропускает без значимого изменения) трафик, делает обычный forwarding между сетями, умеет динамическую маршрутизацию. Из начального пакета он меняет в основном source и destination MAC-адреса, QoS да CRC. Конечно, навороченные коммутаторы умеют делать GRE, некоторые даже IPSec, но вы не получите большой производительности от этого.

Маршрутизатор именно «молотит» пакетики с данными — активно вносит изменения в заголовки, инкапсулирует в туннели, натит, терминирует ppp-сети. Он, как видите, активно меняет содержимое пакетов, залазя глубже уровня ethernet.

Отсюда отличие во внутреннем устройстве — внутри коммутатора ASICи и QoS-процессоры, внутри маршрутизатора — умные процессоры и другие различные приблуды для своих целей (аппаратная поддержка шифрования)

Если вы посмотрите router perfomance и switch perfomance таблицы, вы увидите, что у коммутаторов производительность измеряется в количестве пропущенного трафика, а у маршрутизатора — в количестве обработанных пакетов.

Ну и да, отличие, конечно же в наборе функций) Понятно, что тот же isis в большинстве случаев умеет и коммутатор, и маршрутизатор. Но если сравнивать по feature navigator например, вы увидите, что на самом деле коммутаторы умеют меньше.

В мире сетей термин L3 коммутатор и маршрутизатор часто используются в обоих случаях- и то, и другое широко используется при передаче данных по сети. Проще говоря, L3 коммутатор соединяет хосты для формирования локальных сетей (LAN), в то время, как маршрутизатор соединяет несколько локальных сетей в глобальные сети (WAN). Между ними очень легко запутаться: они имеют много общего, поскольку оба поддерживают одинаковые протоколы маршрутизации, проверяют входящие пакеты и принимают динамические решения о маршрутизации на основе адресов источника и назначения внутри. Но они различаются по производительности, гибкости, стоимости и т.д. Поэтому мы собираемся помочь Вам принять правильное решение относительно выбора.

L3 коммутатор : смешивание и сочетание коммутации уровня 2/3

Коммутатор 3 уровня (L3 коммутатор, Layer 3 коммутатор) — это устройство, которое пересылает трафик на основе информации уровня 3 (главным образов через mac-адрес). L3 коммутатор поддерживает все функции коммутации, а также имеет некоторые функции маршрутизации между VLAN. Он задуман, как технология ля повышения производительности сетевой маршрутизации в больших локальных сетях. Для коммутатора 3 уровня перенаправление уровня выполняется специализированными ASIC — это быстрее, чем маршрутизаторы, но им обычно не хватает расширенных возможностей маршрутизаторов. В отличие от маршрутизаторов, L3 коммутатор менее подвержен задержке в сети, поскольку пакетам не нужно выполнять дополнительные действия через маршрутизатор. L3 коммутатор выполняет функции, как и уровня 2, поэтому, его также называют “многоуровневым” коммутатором, и некоторые коммутаторы 10GbE и Gigabit PoE коммутаторы относятся к этому типу.

Маршрутизатор: для разных сетей и протоколов

Маршрутизатор — это вездесущее оборудование, применяемое в домашних сетях и сетях малого бизнеса. Это позволяет осуществлять связь между устройствами , подключенными к нему, и интернетом. Маршрутизатор может пересылать трафик (пакеты) на основе информации уровня 3, используя IP-адрес. Это позволяет сети проходить через разные протоколы . Маршрутизатор также служит первой линией безопасности, защищающей сеть от любых атак и вторжений. Работая, чтобы направить пакеты к месту назначения, маршрутизатор анализирует адрес назначения уровня 3 каждого пакета и определяет лучший следующий переход для него. Этот процесс занимает время, и, следовательно, каждый пакет сталкивается с некоторой задержкой.

Маршрутизатор предназначен для подключения локальной сети (LAN) к Глобальной компьютерной сети (WAN — Wide Area Network), т.е. осуществляет маршрутизацию трафика во внешний мир (Интернет, филиалы, удаленные сотрудники) и обратно.

Основные характеристики коммутатора 3 уровня и маршрутизатора:

Сравнение L3 коммутатора и маршрутизатора

Сходства

L3 коммутатор является как коммутатором, так и маршрутизатором: его можно рассматривать как маршрутизатор с несколькими портами Ethernet и с функцией коммутации. L3 коммутатор включает коммутацию пакетов, проверяя их IP-адреса и МАС-адреса. Таким образом, коммутаторы уровня 3 могут разделить порты на отдельные VLAN и выполнять маршрутизацию между ними. Как и традиционный маршрутизатор, L3 коммутатор также можно настроить для поддержки протоколов маршрутизации, таких как RIP, OSPF и EIGRP.

Различия

Аппаратное обеспечение — основное различие между коммутатором L3 и маршрутизатором. Аппаратное обеспечение внутри коммутатора 3 уровня сочетает его с традиционными коммутаторами и маршрутизаторами, обеспечивая более высокую производительность для локальных сетей. Кроме того, L3 коммутатор , разработанный специально для использования в интрасетях, обычно не имеет портов WAN и обладает функциями, которыми обычно обладает традиционный маршрутизатор. Таким образом, L3 коммутатор часто используется для поддержки маршрутизации между VLAN.

Интерфейсы — еще одно различие между коммутатором L3 и маршрутизатором. L3 коммутатор ограничен в поддерживаемых им интерфейсах (обычно это просто Ethernet для RJ45 и одномодовое/многомодовое волокно). В то время, как у маршрутизатора есть больше опций, таких как SDH, SONET, E1/Т1 и т.д. Кроме того, маршрутизаторы были устройствами, которые подключали LAN к WAN, а коммутаторы были просто устройствами LAN.

Принцип работы– L3 коммутатор просматривает МАС-адрес хоста назначения и отправляет кадр только этому получателю. Маршрутизатор ссылается на целевой IP-адрес, а не на его МАС-адрес, поэтому он обеспечивает больше функциональных возможностей, чем простая маршрутизация пакетов, например назначение IP-адресов (DHCP) и фильтрация брандмауэра.

За исключением трех основных отличий, касающихся коммутатора 3 уровня от маршрутизатора, в следующей таблице приведены некоторые другие аспекты, помогающие отличить L3 коммутатор от маршрутизатора.

L3 коммутатор и маршрутизатор: как выбрать?

Один из общих разговоров, касающихся коммутатора 3 уровня по сравнению с маршрутизатором, заключается в том, что, если существует маршрутизатор, нам нужен L3 коммутатор . Фактически, каждый из них может быть развернут в различных ситуациях и сценариях. Основываясь на сходствах и различиях, которые мы объяснили, ваш выбор на самом деле зависит от дизайна вашей сети и того, чего вы пытаетесь достичь.

При выборе L3 коммутатора

Из-за отсутствия возможности глобальной сети применение коммутаторов L3 часто попадает в среду интрасети с достаточно большим масштабом подсетей, устройств и трафика. Это может оправдать следующие сценарии:

При выборе L3 маршрутизатора

По мере того как каналы глобальной сети становятся в большей степени основанными на Ethernet, наблюдается тенденция к замене коммутаторов уровня 3 на маршрутизаторы. Однако маршрутизатор все еще обладает некоторыми специальными функциями, которые не может поддерживать L3 коммутатор . Это незаменимо в таких ситуациях.

Заключение

Когда вы выбираете между коммутатором L3 и маршрутизатором, вам необходимо понять бизнес-требования, прежде чем принимать решение: как правило, правильно выбрать маршрутизатор, когда большую часть времени ваше устройство выполняет маршрутизацию, в противном случае – L3 коммутатор . Коммутатор может подходить лучше, когда вам нужно больше портов, лучшая производительность сети и сегментация VLAN. FS предоставляет полный набор решений и продуктов для сетевых коммутаторов, включая SFP коммутатор, медный коммутатор и высококлассный коммутатор 40/100G. Для получения более подробной информации, пожалуйста, свяжитесь с нами по ru@fs.com.

Связанная статья: Что такое VPN роутер и зачем он вам нужен?

Как только в локальной сети появляется хотя бы два сегмента (пример: сегмент пользователей, сегмент серверов), возникает необходимость использования маршрутизирующего оборудования, которое функционирует на третьем уровне модели OSI. В этом случае может возникнуть вопрос: “Что использовать? Коммутатор третьего уровня или маршрутизатор? В чем разница, какие отличия?”. Попытаемся разобраться.

Изначально у этих двух устройств различное предназначение.

Коммутатор 3-го уровня (L3 switch) — это прежде всего устройство для локальной вычислительной сети (LAN — Local Area Network). Т.е. данный коммутатор должен маршрутизировать трафик в локальной сети между существующими сегментами. Обычно он используется на уровне распределения (Distribution Layer) в иерархической модели сети.

Маршрутизатор предназначен для подключения локальной сети (LAN) к Глобальной компьютерной сети (WAN — Wide Area Network), т.е. осуществляет маршрутизацию трафика во внешний мир (Интернет, филиалы, удаленные сотрудники) и обратно.

Может возникнуть вопрос: “Зачем нужен коммутатор 3-го уровня, если его функции может выполнять маршрутизатор?”

Если не вдаваться в подробности, то коммутатор третьего уровня можно сравнить с очень быстрым маршрутизатором. Он также умеет работать с протоколами динамической маршрутизации (OSPF, RIP) и абсолютно совместим с обычным маршрутизатором. Доступна настройка списков доступа (так называемые access листы) и многое другое. 

Ответ кроется в производительности и цене. Дело в том, что современные коммутаторы 3-го уровня превосходят по производительности маршрутизаторы в десятки и даже сотни раз. Обусловлено это применением в коммутаторах набора специализированных микросхем (ASIC). Маршрутизация (обработка пакетов) происходит на аппаратном уровне, а программная поддержка остается для процедур, которые напрямую не связаны с обработкой трафика: расчет таблиц маршрутизации, списки доступа и т.д.

У обычного маршрутизатора этот механизм (обработка пакетов) реализован программно, и он как правило функционирует на процессоре общего назначения. Однако стоит отметить, что некоторые современные маршрутизаторы так же имеют специальные выделенные микросхемы для ускорения обработки пакетов без использования процессора, но такие маршрутизаторы гораздо дороже коммутаторов 3-го уровня.

Представьте ситуацию, когда у вас в организации расположен датацентр и требуется маршрутизация трафика на больших скоростях — десятки Гигабит в секунду. В этом случае вам подходит только коммутатор 3-го уровня. Маршрутизатор с такой пропускной способностью просто не справится или будет стоить огромных денег.

И опять может возникнуть вопрос: “Зачем использовать маршрутизатор, если его функции может выполнять коммутатор 3-го уровня? Ведь он быстрее и дешевле?”

Не вдаваясь в технические подробности, если более детально рассматривать функции маршрутизации, то коммутатор третьего уровня проигрывает по возможностям традиционному маршрутизатору. Современный маршрутизатор можно с легкостью превратить в полноценный Межсетевой экран (МЭ) с помощью дополнительных лицензий (отличие маршрутизатора от межсетевого экрана мы рассмотрим чуть позже).

Со временем грань между коммутаторами и маршрутизаторами становится все тоньше. Не исключено что в скором времени ее и вовсе не будет видно.

Таким образом, в случае подключения локальной сети к Интернет или построении VPN канала с удаленными филиалами (а так же удаленное подключение пользователей) необходимо использовать маршрутизатор.

Таблицы для сравнения производительности коммутаторов и маршрутизаторов Cisco

Сравнительная таблица производительности коммутаторов Cisco 89,3 КБ

Сравнительная таблица производительности маршрутизаторов 118,3 КБ

Сравнивая производительность коммутаторов и маршрутизаторов, можно  сделать из этих таблиц два вывода:

• любой L3-коммутатор многократно производительнее любого маршрутизатора (производительность в миллионах пакетов в секунду у коммутаторов против  тысяч пакетов в секунду у маршрутизаторов)
•  L3-коммутаторы серий 3560, 3750, 3850, 4500, 6500 -обладают гораздо большей высокую производительностью, чем любые L2-коммутаторы.

L3-коммутатор способен выполнить только чистый IP-роутинг — он не умеет NAT, route-map или traffic-shape, подсчет трафика. Коммутаторы не способны работать с VPN-туннелями (Site-to-site VPN, Remote Access VPN, DMVPN), не могут шифровать трафик или выполнять функции statefull firewall, нет возможности использовать в качестве сервера телефонии (цифровой АТС).

Главное достоинство коммутатора 3го уровня — быстрая маршрутизация трафика разных L3-сегментов между собой,чаще всего это внутренний трафик без выхода в сеть Интернет.                                                                                                                                                   .

Как раз выход в Интернет вам обеспечит маршрутизатор. NAT настраивается также на маршрутизаторе.

Маршрутизация большого количества локальных сетей практически невозможна на маршрутизаторе, высока вероятность деградации сервиса при использовании QoS, ACL NBAR и других функций, приводящих к анализу приходящего на интерфейсы трафика. Скорее всего, проблемы начнутся при превышении скорости локального трафика более, чем до 100Мбит/с (в зависимости от модели конкретного маршрутизатора). Коммутатор, наоборот, с легкостью справится с этой задачей.

Основная причина в том, что коммутатор маршрутизирует трафик на основе CEF-таблиц.

Cisco Express Forwarding (CEF) — технология высокоскоростной маршрутизации/коммутации пакетов, использующаяся в маршрутизаторах и коммутаторах третьего уровня фирмы Cisco Systems, и позволяющая добиться более быстрой и эффективной обработки транзитного трафика.

Маршрутизатор тоже может использовать CEF, но если вы используете на маршрутизаторе функции, приводящие к анализу всего трафика, то трафик пойдет уже через процессор. Сравните в таблице производительности маршрутизаторов, приведенную в самом начале, какая производительность у маршрутизатора при «Fast\CEF switching» (с помощью таблиц) и какая при «Process switching» (решение о маршрутизации принимается процессором).

Итого, маршрутизатор отличается от L3-коммутатора тем, что маршрутизатор умеет очень гибко управлять трафиком, но обладает сравнительно низкой производительностью при работе внутри локальной сети, L3-коммутатор же наоборот обладает высокой производительностью, но не может влиять на трафик, обрабатывать его.

Про L2-коммутаторы можно сказать, что они применяются только на уровне доступа, обеспечивая подключение конечного пользовательского (не сетевого оборудования)

Когда использовать L2-свитчи, а когда L3-коммутаторы?

В небольшомм бренче до 10 человек достаточно поставить один маршрутизатор со встроенным свитчом (серии 800) или установленным модулем модулем расширения ESW (серии 1800,1900)или ESG.

В офисе на 50 человек можно установить один маршрутизатор средней производительности и один 48-портовый L2-коммутатор (возможно два 24-портовых).

В филиале до 200 человек будем использовать маршрутизатор и несколько  коммутаторов второго уровня. Важно понимать, что если вы разделили сеть на сегменты на уровне IP-адресов на несколько подсетей и производите роутинг между сетями на маршрутизаторе, то вам совершенно точно обеспечена высокая нагрузка на процессор, что вызовет недостаток производительности и жалобы конечных пользователей на дропание пакетов. Если большинство пользователи общаются только с компьютерами, серверами, принтерами и другими сетевыми устройствами только внутри своего L3-сегмента, и покидают пределы этого адресного пространства только для выхода в интернет, то данный дизайн сети будет удовлетворительным. При расширении сети, количества отделов, внутри которых трафик не должен вылезать наружу этого отдела, если разные отделы (в нашем случае это подсети или сегменты сети) вынуждены вести обмен данными между собой, то производительности маршрутизатора уже не хватит.

В таком крупном офисе (свыше 200 сотрудников) становится обязательным покупка высокопроизводительного коммутатора 3третьего уровня. В его задачи будет входить поддержка всех «шлюзов по умолчанию» локальных сегментов. Связь между этим коммутатором и хостами будет осуществляться через логические сетевые интерфейсы (interface VLAN или SVI). Маршрутизатор достаточно будет иметь всего два подключения — в интернет и к вашему L3-коммутатору. Пользователей же необходимо будет подключать через L2-коммутаторы, подключенные звездой или кольцом к L3-коммутатору с помощью гигабитных соединений, таким образом нам пригодится L3-коммутатор с Гигабитными портами. Таким образом, центром сети станет как раз L3-коммутатор, который будет отвечать за функции ядра и распределения одновременно, L2-коммутаторы на уровне доступа и маршрутизатор в качестве шлюза для подключения к Интернету или для связи с удаленными офисами посредством туннелей.

В действительно же БОЛЬШИХ кампусных сетях численностью более 500 человек и с высокими требованиями к производительности и функциональности может возникнуть необходимость даже на уровень доступа для подключения пользователей ставить L3-коммутаторы. Это может быть вызвано следующими причинами:

• недостаточная производительность L2 коммутаторов (особенно с гигабитными портами и при использовании в качестве серверных ферм)
• недостаточное кол-во поддерживаемых active vlan (255 против 1000 у L3)
• отсутствие функционала Q-n-Q
• недостаточное кол-во поддерживаемых записей ACL (у 2960 — 512, у 3560 — 2000)
• ограниченные возможности работы с мультикастами
• недостаточные возможности QoS на L2-коммутаторах
• архитектура сети «L3-access» — т.е. точки маршрутизации локальных подсетей выносятся на уровень доступа, а наверх на уровень распределения отдаются уже суммированные маршруты…
• отсутствие L2 и STP на уровне распределения.