Layer 3 Switch (第三層交換器)
Layer 3 Switch (第三層交換器)
Layer 3 Switch 又稱為IP Switch 或Switch Router, 意即其工作於第三層網路層的通信協定(如IP),並藉由解析第三層表頭(Header)將封包傳至目的地,有別於傳統的路由器以軟體的方式來執行路由運算與傳送,Layer 3 Switch是以硬體的方式(通常由專屬ASIC構成)來加速路由運算與封包傳送率並結合Layer 2 的彈性設定,因此其效能通常可達每秒數百萬封包(Million packet per second)的傳送率,並具備數十個至上百個以上的高速乙太網路(Fast Ethernet)連接埠,或數個至數十個超高速乙太網路(Gigabit Ethernet)連接埠之容量。
傳統路由器通常可處理Multiprotocal 多重協定路由運算(如IP,IPX AppleTalk,DEC Net...etc)但Layer 3 Switch 通常只處理IP 及IPX,此乃為簡化設計,降低路由運算與軟體的複雜性以提昇效能,並配合網路協定發展的單純化(多重協定慢慢簡化至IP一種協定)趨勢所致。
由於Layer 2 的Switch 並無法有效的阻絕廣播域(Broadcast Domain)如ARP (Address Resolution Protocol)及Win95/98 中大量使用的NetBEUI協定均大量使用廣播封包,因此就算Layer 2 Switch 以VLAN (Virtual LAN)的方式(虛擬網路)將經常要通訊的群組構成一廣播域(Broadcast Domain)來試圖降低broadcast封包對網路層的影響,但仍無法完全避免廣播風暴問題(同一個VLAN間仍會產生廣播風暴),再加上現今網路(尤其是Campus內部間流量及對外的Internet/Intranet流量)已不是80/20規則(80%流量在本地,20%是外地),而是漸漸成為20/80規則,且加上Client/Server 及Distributor Server之運用,因此單靠Layer 2 Switch或傳統Router路由器便無法符合對效能(傳統路由器變成瓶頸)及Intranet上對安全顧忌(Layer 2 Broadcast Domain,對因廣播而使資訊傳送被盜取的安全疑慮)之要求,因此Layer 3 Switch便大量興起,初期只運用Core端(骨幹),現在的趨勢已漸漸走向桌面(Layer 3 down to desktop)。
如同傳統路由器(Router),Layer 3 Switch的每一個連接埠(port)都是一個子網路(Subnet),而一個子網路就單獨是一個Broadcast Domain廣播域,因此每一個port的廣播封包並不會流竄到另一個port,其僅負責傳送要跨越子網路的封包(Routing Forward),並以目的地的IP位址(目的地子網路的網路號碼)來決定封包要轉送至哪一個port,並以Routing Protocol(如RIP或OSPF)來交換Routing Table並學習網路拓蹼,其通常存放於Layer 3 Switch的Routing Forward Data-Base(FDB),並以硬體及Route Cache的方式來加速IP table lookup並予以定址與更新(目前大多以ASICIC來執行),因此才得以提昇運算效能達成Wiring Speed Forward之目的。
Layer 3 Switch通常提供較大頻寬的交換核心(Switch Fabric)以提供較大的容量(Port Capacity)與較高的交換效能,近來各廠家並不斷附以Layer 3 Switch更強大的支援能力,如Class of Service(服務等級優先權),Quality of Service(服務品質保證),Policy Management(策略分級品質與頻寬管制與管理),Multicast Routing(群組廣播路由傳送)等功能,以符合網路環境的快速變化與應用。
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Layer 3 Switch的每一個連接埠(port)都是一個子網路(Subnet),而一個子網路就單獨是一個Broadcast Domain廣播域,因此每一個port的廣播封包並不會流竄到另一個port,其僅負責傳送要跨越子網路的封包(Routing Forward)。
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Layer 3與VLAN的觀念容易混淆了............
VLAN是Virtual Local Area Network 的縮寫。簡單的說就是利用一台網路設備、例如Ethernet Switch,以邏輯分割的方式將底下串接之設備,區分成不同群組。所以VLAN是一種 GROUP 的觀念,將其對應到OSI七層,一般的Switch是屬於Layer 2的設備,而支援VLAN之Switch則介於Layer 2及Layer 3 之設備。
提到VLAN,首先我們要了解乙太網路的衝突區域及廣播區域(broadcast domain);共同使用同一CSMA/CD之演算法的機器所組成的區域稱為衝突區域,例如Hub、repeater底下所接的Host都是同一 collision domain ,而Bridge、Switch底下每個port都是獨立的collision domain,但都隸屬於同一廣播區域,只有在Layer 3之設備底下的每埠才是獨立的broadcast domain。
而VLAN則是利用Layer 2的設備將單一廣播區域分成數個廣播區域,也就是它可做到Layer 3的部份功能, VLAN的技術也能說是Grouging的技術。
參考資料
http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/product/lan/cat5000/rel_5_2/config/vlans.htm#32923
http://www.cisco.com/univercd/cc/td/doc/product/l3sw/4908g_l3/ios_12/7w515d/config/vlan_cfg.htm#1019841
Layer 3的Switch ,說白了是一種混合式的網路設備,其兼具Layer 2 Switch的特色及Layer 3 Router的功能,他可以為Layer 3的設備,而你也可以不使用route mode,讓他成為Layer 2 Switch,所以,請你不要再問(Layer3的Switch的每個Port也是獨立的broadcast domain嗎)這個問題了,我建議你再去研究一下OSI七層網路模型,先釐清Layer 3和Layer 2的區別。
The difference between Layer 2 and Layer 3 switching is the type of information inside the frame that is used to determine the correct output interface. With Layer 2 switching, frames are switched based on MAC address information. With Layer 3 switching, frames are switched based on network-layer information.

