In Netzwerken ist die richtige Auswahl der Switches unerlässlich, um eine optimale Leistung und Sicherheit zu gewährleisten. Die beiden Arten von Schaltern, die häufig verglichen werden, sind Layer 2 und Layer 3. Lassen Sie uns die Unterschiede untersuchen und wie sie sich auf die Benutzererfahrung auswirken.
Layer 2 Switches und Layer 3 Switches sind Netzwerkgeräte, die zur Verwaltung des Datenverkehrs innerhalb von Computernetzwerken verwendet werden. Obwohl beide die gleiche grundlegende Funktion haben, wenn es darum geht, die Kommunikation zwischen Geräten zu erleichtern, arbeiten sie im OSI-Modell (Open Systems Interconnection) auf unterschiedlichen Layers, was sich auf ihre Funktionsweise und Funktionsweise auswirkt.
Was sind Layer 2 – und Layer 3 Switches?
Der Hauptunterschied zwischen Layer 2- und Layer 3-Switches liegt in der Ebene des OSI-Modells, in dem sie arbeiten. Das OSI-Modell (Open Systems Interconnection) ist ein Standard-Framework, das den Netzwerkkommunikationsprozess in sieben Layers unterteilt.
Layer 2 switches Betrieb auf Layer 2 (Data Link Layer). In diesem Layer verwendet der Switch die MAC-Adresse (Media Access Control), um das Gerät zu identifizieren und Daten zwischen Geräten innerhalb desselben Netzwerksegments zu übertragen. Sie haben die Möglichkeit, VLANs (Virtual Local Area Networks) für die Netzwerksegmentierung zu erstellen und zu verwalten.
Layer 3 switches arbeiten auf Layer 3 (Network Layer). Zu diesem Layer verwendet der Switch IP (Internet Protocol) Adressen, um Geräte zu identifizieren und Daten zwischen verschiedenen Netzwerksegmenten zu übertragen, auch zwischen verschiedenen Netzwerken (z. B. zwischen verschiedenen VLANs oder Subnetzen). Es kann Routing-Protokolle wie OSPF, EIGRP und BGP ausführen und ermöglicht so ein komplexeres Datenroutenmanagement.
Layer 2 Switch-Grundlagen
Layer 2 Switches sind Netzwerkgeräte, die auf den Data Link Layer des OSI-Modells (Open Systems Interconnection) arbeiten. Seine Funktion besteht darin, Daten in Frame-Form basierend auf der MAC-Adresse (Media Access Control) des Quell- und Ziels dieses Frames zu übergeben.
Layer 2 Switches werden häufig in lokalen Netzwerken (LANs) verwendet, um Geräte innerhalb eines einzigen Netzwerksegments zu verbinden und so eine schnelle und effiziente Kommunikation zwischen Geräten zu ermöglichen.
Funktionsweise von Layer 2-Schaltern
Layer 2 Switches verwenden MAC-Adresstabellen, um zu bestimmen, wohin Datenrahmen weitergeleitet werden sollen. So funktioniert ein Layer 2 Switch:
MAC-Umschaltung und -Adressierung
Switching:
- Wenn ein Datenframe in einen der Switch-Ports eintritt, liest der Switch die MAC-Zieladresse des Frames.
- Der Switch überprüft die darin enthaltene MAC-Adresstabelle, um den Port zu finden, der der MAC-Zieladresse entspricht.
- Wenn die MAC-Zieladresse in der Tabelle gefunden wird, wird der Frame an den entsprechenden Port weitergeleitet.
- Wenn die MAC-Zieladresse nicht gefunden wird, sendet der Switch den Frame an alle Ports mit Ausnahme des Ursprungsports.
MAC Addressing:
- Jedes Gerät im Netzwerk hat eine einzigartige MAC address.
- Der Switch verwendet diese MAC-Adresse, um das Gerät zu identifizieren und Wechselentscheidungen zu treffen.
Überbrückung
Layer 2 Switches fungieren auch als Bridges, was bedeutet, dass sie zwei oder mehr Netzwerksegmente verbinden und sie als ein logisches Netzwerk arbeiten lassen können. Bridging ermöglicht es verschiedenen Segmenten, miteinander zu kommunizieren, als befänden sie sich im selben Netzwerk.
Vorteile der Verwendung von Layer 2-Schaltern
Einfach und effizient
Layer 2 Switches sind relativ einfach zu implementieren und zu verwalten. MAC-Adressen-basierte Switching-Vorgänge sind einfach und schnell, was Layer 2 Switches zu einer effizienten Lösung für lokale Netzwerke macht.
Geringe Latenz
Da es nur auf dem Data Link Layer arbeitet, ist die von Layer 2 Switches erzeugte Latenz sehr gering. Diese geringe Latenz ist wichtig für Anwendungen, die schnelle Reaktionen erfordern, wie z. B. VoIP (Voice over IP) und Videostreaming.
Nachteile von Layer 2-Schaltern
Beschränkt auf MAC-Adressierung
Layer 2 Switches können MAC-Adressen nur verwenden, um Wechselentscheidungen zu treffen. Informationen auf höheren Layers wie z. B. IP-Adressen können nicht verstanden oder verarbeitet werden.
Routing wird nicht unterstützt
Layer 2 Switches können nicht zwischen verschiedenen Netzwerken oder Subnetzen routen. Für das Routing wird ein weiteres Gerät wie z.B. ein Layer 3 Switch oder Router benötigt, der Pakete anhand von IP-Adressen weiterleiten kann.
Layer 3 Switch-Grundlagen
Ein Layer 3-Switch ist ein Netzwerkgerät, das die Switching-Funktionalität von Layer 2 mit den Routing-Funktionen von Layer 3 im OSI-Modell kombiniert. Das bedeutet, dass Layer 3 Switches Datenpakete basierend auf IP-Adressen weiterleiten können und das Routing zwischen Netzwerken unterstützen.
Mit anderen Worten, Layer 3 Switches sind in der Lage, den Datenverkehr nicht nur innerhalb eines einzelnen lokalen Netzwerks (LAN), sondern auch zwischen verschiedenen Subnetzen oder VLANs zu verwalten.
Funktionsweise von Layer 3-Schaltern
Layer 3 Switches arbeiten durch die Kombination von Switching- und Routing-Funktionen, um den Datenverkehr zu verwalten. So sieht die grundlegende Layer 3 Switch works aus:
IP-Routing und -Adressierung
Layer 3 Switches verwenden Routing-Tabellen, um Routing-Entscheidungen auf der Grundlage der IP-Adressen von Datenpaketen zu treffen. Wenn ein Datenpaket in den Switch eingeht, überprüft er die Ziel-IP-Adresse und bestimmt den besten Weg zum Weiterleiten des Pakets.
Jedes Gerät im Netzwerk hat eine eindeutige IP-Adresse. Layer 3 Switches verwenden diese IP-Adressen, um Geräte zu identifizieren und Routing-Entscheidungen zu treffen.
Verwendung von Routing-Protokollen wie OSPF, BGP
Layer 3 Switches können verschiedene Routing-Protokolle wie OSPF (Open Shortest Path First) und BGP (Border Gateway Protocol). OSPF wird verwendet, um die beste Route in einem großen Netzwerk zu finden, indem der kürzeste Weg zum Ziel berechnet wird. BGP wird für das Routing zwischen verschiedenen Netzwerken verwendet, z. B. zwischen zwei Internetdienstanbietern (Internet Service Providern).
Vorteile der Verwendung von Layer 3 Switch
Unterstützt Routing zwischen Netzwerken
Layer 3 Switches sind in der Lage, zwischen verschiedenen Netzwerken oder Subnetzen zu routen, was eine effizientere und strukturiertere Kommunikation ermöglicht. Dies ist besonders nützlich in großen Netzwerken, in denen eine Segmentierung und Verwaltung des Datenverkehrs zwischen Subnetzen oder VLANs erforderlich ist.
Flexibler und skalierbarer
Layer 3 Switches bieten eine größere Flexibilität bei der Verwaltung und Regulierung des Netzwerkverkehrs. Ermöglichen Sie das Wachstum größerer und komplexerer Netzwerke mit Unterstützung für dynamisches Routing und erweiterte Routing-Protokolle.
Nachteile von Layer 3-Schaltern
Komplexer und teurer
Layer 3 Switches sind aufgrund ihrer fortschrittlicheren Funktionen und leistungsstärkeren Hardware im Allgemeinen teurer als Layer 2 Switches. Erfordert höhere Investitionen in Bezug auf Anschaffungs- und Wartungskosten.
Erfordert eine kompliziertere Konfiguration
Layer 3 Switches erfordern komplexere Konfigurationen und spezielles Know-how für Verwaltung und Wartung. Die Verwendung von Routingprotokollen und Routingtabelleneinstellungen erfordert ein tiefgreifendes Verständnis von Netzwerk und Routing.
Detaillierter Vergleich zwischen Layer 2 – und Layer 3-Switches
Hauptunterschiede in der Architektur
Switching vs. Routing
Layer 2 Switch:
- Switching: Arbeitet auf dem Data Link Layer, indem MAC-Adressen verwendet werden, um Datenrahmen innerhalb des lokalen Netzwerks (LAN) weiterzuleiten.
- MAC-Adressierung: Verwendet die MAC-Adresse, um den Pfad des Datenrahmens zum genauen Ziel zu bestimmen.
Layer 3 Switch:
- Routing: Arbeitet im Network Layer, indem IP-Adressen verwendet werden, um Datenpakete weiterzuleiten und zwischen Netzwerken zu routen.
- IP-Adressierung: Verwendet IP-Adressen, um das Routing von Datenpaketen zu verwalten und die Kommunikation zwischen verschiedenen Subnetzen oder VLANs zu ermöglichen.
Performance and Scalability
Latency and Throughput
Layer 2 Switch:
- Latency: Bietet eine geringe Latenz durch schnelle und einfache Schaltvorgänge.
- Throughput: In einer LAN-Umgebung wird in der Regel ein hoher Durchsatz erzielt, da kein Routing-Overhead vorhanden ist.
Layer 3 Switch:
- Latency: Aufgrund des zusätzlichen Routing-Prozesses kann die Latenz etwas höher sein, obwohl es immer noch schnell und effizient ist.
- Throughput: Es kann einen hohen Durchsatz bewältigen und unterstützt gleichzeitig das Routing zwischen Netzwerken, ideal für große und komplexe Netzwerke.
Kapazität für die Verkehrsabfertigung
- Layer 2 Switch:
- Ideal für stark frequentierte Netzwerke innerhalb eines einzigen Netzwerksegments.
- Beschränkt auf die Verarbeitung von Datenverkehr innerhalb eines einzelnen VLAN oder Subnetzes.
- Layer 3 Switch:
- Kann größeren und komplexeren Datenverkehr durch Routing zwischen Subnetzen oder VLANs verarbeiten.
- Unterstützt die effiziente Verteilung des Datenverkehrs in großen Netzwerken.
Fähigkeiten und Funktionen
VLAN
- Layer 2 Switch:
- Unterstützt VLANs für die Netzwerksegmentierung und die Isolierung des Datenverkehrs.
- Layer 3 Switch:
- Unterstützt VLANs und kann zwischen VLANs routen, wodurch die Flexibilität und das Datenverkehrsmanagement verbessert werden.
QoS (Servicequalität)
- Layer 2 Switch:
- Unterstützt grundlegende QoS für die Priorisierung des Datenverkehrs im lokalen Netzwerk.
- Layer 3 Switch:
- Unterstützt fortschrittlichere QoS, die eine Priorisierung des Datenverkehrs basierend auf Anwendung, Benutzer oder Datentyp ermöglichen, um eine optimale Leistung zu gewährleisten.
Multicast
- Layer 2 Switch:
- Unterstützt Multicast mit Protokollen wie IGMP (Internet Group Management Protocol) um Multicastgruppen zu verwalten.
- Layer 3 Switch:
- Unterstützt Multicast-Routing mit Protokollen wie PIM (Protocol Independent Multicast), was eine effiziente Verteilung des Multicast-Datenverkehrs über das Netzwerk ermöglicht.
Kosten und Komplexität
Hardwarepreise und Betriebskosten
- Layer 2 Switch:
- Sie sind in der Regel aufgrund ihrer einfacheren Funktionalität in Bezug auf Hardware und Betriebskosten günstiger.
- Layer 3 Switch:
- Teurer durch zusätzliche Routing-Funktionen und fortschrittlichere Hardware, was höhere Investitionen erfordert.
Personalbedarf und Fachwissen
- Layer 2 Switch:
- Erfordert grundlegende Kenntnisse in der Netzwerkkonfiguration und -verwaltung, die einfacher zu verwalten sind.
- Layer 3 Switch:
- Erfordert spezielles Know-how im Routing und Management komplexerer Netzwerke.
- Erfordert ein tiefes Verständnis von Routing-Protokollen und komplexeren Konfigurationen.
Wann sollten Layer 2 Schalter verwendet werden?
Kleine und mittlere Netzwerke
Layer 2 Switches eignen sich ideal für den Einsatz in kleinen bis mittelgroßen Netzwerken, in denen kein Routing zwischen Subnetzen oder VLANs erforderlich ist. Einige Beispiele für Szenarien sind:
- Small Office Home Office (SOHO):
- Verbinden von Geräten wie Computern, Druckern und Servern in einem einzelnen Netzwerksegment .
- Ermöglicht eine schnelle und effiziente Kommunikation zwischen Geräten, ohne dass ein komplexes Routing erforderlich ist.
- Lokales Netzwerk von kleinen Schulen oder Campussen:
- Verbinden von Computern, Speichergeräten und Internetzugang in einem einzigen Netzwerksegment.
- Bieten Sie zuverlässige und einfach zu verwaltende Konnektivität für die Bildungsumgebung.
- Kleine Fabrik oder Industrienetzwerk:
- Vernetzung von Maschinen, Sensoren und Steuerungen in einem Netzwerk.
- Sicherstellung einer Echtzeitkommunikation, die für den industriellen Betrieb von entscheidender Bedeutung ist.
Anforderungen an niedrige Latenzzeiten
Layer 2 Switches sind auch sehr nützlich in Szenarien, in denen eine geringe Latenz oberste Priorität hat. Einige Beispiele sind:
- VoIP (Voice over IP) Anwendungen:
- Bietet eine Verbindung mit geringer Latenz für eine klare, verzögerungsfreie Sprachkommunikation.
- Video- und Multimedia-Streaming:
- Verbinden Sie Streaming-Geräte mit minimaler Latenz für ein reibungsloses, pufferfreies Seherlebnis.
- Online- oder E-Sport-Spiele:
- Schließen Sie eine Spielekonsole oder einen Computer mit geringer Latenz an, um eine schnelle Reaktion und wettbewerbsfähiges Spielen zu gewährleisten.
Layer 2 Switch-Implementierungsbeispiel
Kleine Büros mit grundlegenden Verbindungsanforderungen
In einem kleinen Büro mit weniger als 50 Geräten kann Layer 2 Switches verwendet werden, um alle diese Geräte in einem einzigen Netzwerk zu verbinden. Hier ist ein Beispiel für die Implementierung:
- Verbundene Geräte: Computer, Drucker, Dateiserver und WLAN-Zugangspunkte.
- Konfiguration:
Gymnasium mit lokalem Netzwerk
In einer weiterführenden Schule kann Layer 2 Switches verwendet werden, um Laborcomputer, Speichergeräte und Schulverwaltungssysteme in einem einzigen lokalen Netzwerk zu verbinden. Hier ist ein Beispiel für die Implementierung:
- Verbundene Geräte: Laborcomputer, Schulserver, Speichergeräte, Netzwerkdrucker.
- Konfiguration:
- Layer 2 Switches sind im Serverraum untergebracht und verbinden sich über Ethernet-Kabel mit allen Geräten.
- VLANs können verwendet werden, um Verwaltungsnetzwerke und Studentennetzwerke zu trennen.
- IGMP wird verwendet, um Multicast in Online-Kursen oder pädagogisches Video-Streaming zu unterstützen.
Kleine Branchen mit Echtzeitbedarf
In einer kleinen Fabrik können Layer 2 Switches zur Anbindung von Maschinen, Sensoren und Steuerungssystemen verwendet werden. Hier ist ein Beispiel für die Implementierung:
- Vernetzte Geräte: Produktionsmaschinen, Sensoren, Steuerungssysteme, Bedienercomputer.
- Konfiguration:
- Layer 2 Switches sind in der Leitwarte untergebracht und über Industrial-Ethernet-Kabel mit allen Geräten verbunden.
- VLANs werden verwendet, um das Steuerungsnetzwerk und das Verwaltungsnetzwerk zu trennen.
- QoS wurde für die Priorisierung des industriellen Steuerungsdatenverkehrs implementiert, der eine sehr geringe Latenz erfordert.
Wann sollten Layer 3 Schalter verwendet werden?
Große und komplexe Netzwerke
Layer 3 Switches sind ideal für den Einsatz in großen und komplexen Netzwerken, in denen Routing-Anforderungen zwischen Subnetzen oder VLANs erforderlich sind. Einige Beispiele für Szenarien sind:
- Große Konzerne:
- Verbinden Sie verschiedene Abteilungen, die über mehrere Standorte oder Etagen verteilt sein können.
- Gewährleistet eine effiziente Kommunikation zwischen verschiedenen Subnetzen oder VLANs.
- Campus der Universität:
- Anbindung verschiedener Fakultäten, Labore und Wohnheime.
- Ermöglicht das Routing von Datenverkehr zwischen Subnetzen, um akademische und administrative Anforderungen zu erfüllen.
- Rechenzentrum:
- Verwalten Sie den Datenverkehr zwischen Servern, Speichern und externen Netzwerken.
- Bietet schnelles und zuverlässiges Routing zur Unterstützung geschäftskritischer Anwendungen.
Anforderungen an das Routing zwischen Netzwerken
Layer 3 Switches sind auch sehr nützlich in Szenarien, in denen die Routing-Anforderungen zwischen Netzwerken oder Subnetzen kritisch sind. Einige Beispiele sind:
- Netzwerke, die Isolation und Segmentierung erfordern:
- Isolieren Sie den Datenverkehr zwischen Mitarbeiternetzwerken, Gästen und IoT-Geräten aus Sicherheits- und Verwaltungsgründen.
- Verwenden Sie VLANs und Routen zwischen VLANs, um die Netzwerkleistung zu optimieren.
- Netzwerke, die eine hohe Redundanz und Zuverlässigkeit erfordern:
- Implementieren Sie Routing-Protokolle wie OSPF und BGP, um das beste Routing zu gewährleisten und Redundanz zu gewährleisten.
- Unterstützt automatisches Failover im Falle eines Netzwerkausfalls.
Layer 3 Switch-Implementierungsbeispiel
Große Unternehmen mit getrennten Abteilungen
In einem großen Unternehmen mit mehreren Abteilungen, die über verschiedene Stockwerke oder Gebäude verteilt sind, kann Layer 3 Switches verwendet werden, um das Routing zwischen Subnetzen und VLANs zu verwalten. Hier ist ein Beispiel für die Implementierung:
- Verbundene Geräte: Computer, Drucker, Server, Wi-Fi-Zugangspunkte in verschiedenen Abteilungen.
- Konfiguration:
- Jede Abteilung hat ihr eigenes VLAN für die Isolierung des Datenverkehrs.
- Layer 3 Switches Route zwischen VLANs, um die Kommunikation zwischen Abteilungen zu ermöglichen.
- QoS wird für die Priorisierung von kritischem Datenverkehr wie VoIP und Geschäftsanwendungen implementiert.
Universitätscampus mit vielen Fakultäten
Auf einem Universitätscampus kann Layer 3 Switches verwendet werden, um verschiedene Fakultäten, Labore und Wohnheime zu verbinden und so eine effiziente Kommunikation zwischen den Subnetzen zu gewährleisten. Hier ist ein Beispiel für die Implementierung:
- Verbundene Geräte: Laborcomputer, Fakultätsserver, Speichergeräte, Netzwerkdrucker.
- Konfiguration:
- Jede Fakultät verfügt über ein eigenes Subnetz oder VLAN.
- Layer 3 Switches Routen zwischen Subnetzen, um akademische und administrative Anforderungen zu erfüllen.
- Multicast-Routing wird verwendet, um Online-Vorlesungen und das Streamen von Lehrvideos zu unterstützen.
Rechenzentren mit hohem Redundanzbedarf
In einem Rechenzentrum kann Layer 3 Switches verwendet werden, um den Datenverkehr zwischen Servern, Speichern und externen Netzwerken zu verwalten und so eine hohe Leistung und Redundanz zu gewährleisten. Hier ist ein Beispiel für die Implementierung:
- Verbundene Geräte: Server, Speichergeräte, Firewalls, Router.
- Konfiguration:
- Layer 3 Switches werden für das Routing zwischen Subnetzen verwendet, die verschiedene Sicherheitszonen innerhalb eines Rechenzentrums verbinden.
- Routing-Protokolle wie OSPF und BGP werden verwendet, um das beste Routing zu gewährleisten und Redundanz zu gewährleisten.
- QoS wird für die Priorisierung des Datenverkehrs kritischer Geschäftsanwendungen und Cloud-Dienste implementiert.
Schlussfolgerung
Bei der Wahl zwischen Layer 2 und Layer 3 Switch müssen wir die Unterschiede und Bedürfnisse des Netzwerks verstehen, das wir aufbauen möchten. Hier ist eine Zusammenfassung und Vorschläge zur Verwendung von beiden:
Layer 2 Schalter:
- Funktioniert mit dem Data Link Layer (OSI-Modell).
- Es verwendet eine MAC-Adresse (Media Access Control), um den Datenfluss zu leiten.
- Geeignet für weniger komplexe lokale Netzwerke (LANs).
- Es verfügt nicht über Routingfunktionen.
- Effizient und günstiger.
- Schnell zu konfigurieren.
- Wird verwendet, um mehrere Geräte im Büro oder zu Hause zu verbinden.
Layer 3 Schalter:
- Funktioniert auf dem network Layer (OSI-Modell).
- Es verwendet das IP-Protokoll (Internet Protocol), um Datenströme basierend auf IP-Adressen zu leiten.
- Kann Routing-Funktionen ausführen, indem es eine Verbindung zwischen Subnetzen oder Inter-VLANs in komplexeren Netzwerken herstellt.
- Eine Kombination aus einem Layer 2-Switch und einem Router.
- Geeignet für breite Netzwerke mit mehreren Subnetzen oder VLANs.
- Verarbeiten Sie mehrere Datenströme effizient und mit hoher Geschwindigkeit.
Wenn Sie über ein kleines lokales Netzwerk ohne komplexe Routing-Anforderungen verfügen, reicht Layer 2 Switches aus.
Wenn Sie über ein breites Netzwerk mit mehreren Subnetzen oder VLANs verfügen und Routing-Funktionen benötigen, sind Layer 3 Switches die bessere Wahl.
