¿Qué es un conmutador de capa 3?
1. ¿Qué es un conmutador de Capa 3?
En 1992, nació un conmutador de Capa 3, entonces, ¿qué es exactamente un conmutador de Capa 3? Al principio, la gente quería combinar las funciones de conmutación de Capa 2 y enrutamiento de Capa 3 en un solo dispositivo para reducir la cantidad de dispositivos. En ese momento, la conmutación de la tercera capa se basaba en software y la velocidad de reenvío era muy lenta. Más tarde, se desarrolló el uso de hardware para realizar la conmutación de la tercera capa. Desde la perspectiva actual, un conmutador de Capa 3 es esencialmente un enrutador especial, un enrutador que se centra en la conmutación (Capa 2 y Capa 3) en términos de rendimiento, tiene fuertes capacidades de conmutación y tiene un precio bajo. Utiliza ASIC para implementar la conmutación de paquetes IP de tres capas, y sus capacidades de conmutación están por encima de MPPS, mientras que los enrutadores tradicionales generalmente no superan los 100.000 paquetes/segundo (esto se refiere a la capacidad de reenvío de una sola placa, no al uso de distribución distribuida). reenvío) La capacidad total de reenvío de múltiples placas no incluye GSR, que ahora se compone de costosos procesadores de red. Además, ahora hay disponibles CPU de mayor velocidad, pero es difícil exceder 1MPPS 3). El procesador de red es caro porque, además de la complejidad de la propia parte de conmutación de tres capas, también tiene QOS, POLÍTICA y otras funciones sólidas. Tomemos como ejemplo el procesador Rainer de IBM: su hardware puede gestionar miles de flujos, su software configura el ancho de banda de diferentes flujos y tiene un procesador PowerPC incorporado, tiene una gran cantidad de coprocesadores y aceleradores de hardware que pueden procesar; datos en paralelo. Para reducir costos, la parte de reenvío del conmutador de tres capas no puede soportar miles de flujos a la velocidad de la línea y tiene la capacidad de asignar ancho de banda. Resulta que algunas personas opinan que el CAM que utiliza la coincidencia más larga para implementar la búsqueda de una tabla de enrutamiento grande es muy costoso. En otras palabras, el costo de usar hardware para implementar la búsqueda de coincidencia más larga para una tabla de enrutamiento grande. A juzgar por los datos de la encuesta, esta opinión no necesariamente parece correcta. El costo de usar CAM para buscar en la tabla de enrutamiento no es alto. Tomemos como ejemplo el chip CAM KE5BLME064 de Kawasaki LSI que admite la búsqueda de coincidencias más larga. Admite entradas de prefijo de enrutamiento de 64K, cada ENTRADA tiene un ancho de 40 bits, la velocidad de búsqueda de paquetes puede alcanzar los 6,7 Mpps y el retraso es de cientos de nanosegundos. $60,6. Por supuesto, reducir la cantidad de entradas de la tabla de enrutamiento admitidas sin duda reducirá los costos y, desde la perspectiva del entorno de aplicación habitual de los conmutadores de capa 3, no hay necesidad de demasiadas entradas de la tabla de enrutamiento. Por lo tanto, generalmente los conmutadores de capa 3 admiten menos enrutamiento. entradas de tabla que GSR, como CISCO 4000. La serie solo admite entradas de tabla de enrutamiento de 16K a 32K, y ACCLER 1000 de Nortel admite 32K. Sin embargo, SUPER ENGINES 2 de CISCO aplicado a la serie 6500 ya admite 128K, lo que es comparable a las entradas de los enrutadores de red troncal. Las tablas de enrutamiento admitidas por el motor de reenvío diseñado por CISCO son cada vez más grandes, lo que está relacionado con la consideración de CISCO de aplicar conmutadores de Capa 3 a redes de área metropolitana y redes troncales. En términos generales, la razón por la que los procesadores de red son costosos es que son flexibles y admiten QOS, POLÍTICA y múltiples protocolos. En particular, algunos protocolos aún no tienen estándares completamente formados. Es posible que el procesador de red solo necesite ser compatible modificando el. software (la mayoría de los conmutadores de tres capas tienen dificultades, lo que también lleva a que los primeros conmutadores de capa tres de muchos fabricantes sean incompatibles con los protocolos actuales. El procesador de red necesita realizar una mayor identificación del contenido del paquete y una programación más compleja para lograr la línea). -Procesamiento de velocidad, a menudo se integran múltiples micromotores para admitir el procesamiento de subprocesos múltiples. Éstas pueden ser las principales razones del fuerte aumento de los precios de los procesadores de red. En comparación, los conmutadores de Capa 3 son muy débiles en este sentido. Por ejemplo, la serie CISCO 6000 solo admite 16 colas QOS, el 4000 solo admite una, el 5500 admite dos y el motor de Capa 3 de Extreme solo admite 4 colas.
Debido a que se utiliza hardware para implementar la conmutación de tres capas, la velocidad de conmutación puede ser muy alta. Sin embargo, si desea admitir una gran cantidad de protocolos de tres capas al mismo tiempo, como IP, IPX, AppleTalk, DECnet, etc., los paquetes de estos protocolos deben ser Los formatos son diferentes. Es fácil de implementar con software, pero muy difícil de implementar con hardware. Hay demasiados protocolos para reenviar en hardware, lo que solo lo hará. Por lo tanto, sólo los IP e IPX más comúnmente utilizados se consideran compatibles con el protocolo de capa 3, multidifusión IP.
También hay conmutadores de tres capas que admiten otros conmutadores, pero se implementan mediante software y la tasa de reenvío es baja. Por ejemplo, la serie CATALYST 6000 de CISCO utiliza software para implementar AppleTalk en MSFC y la tasa de reenvío está entre 100.000 y 200.000. paquetes/segundo 4 .
Los conmutadores de capa 3 ahora proporcionan principalmente interfaces Ethernet. La tecnología Ethernet es simple y de bajo precio, y es la más utilizada en redes empresariales. Los conmutadores de capa 3 utilizan interfaces Ethernet, que pueden proporcionar equipos de conmutación económicos y de alta velocidad para redes empresariales, reemplazando a los enrutadores que son costosos pero tienen un rendimiento deficiente. El ASIC del conmutador de Capa 3 proporciona conmutación de IP de Capa 2 y Capa 3, integrando las funciones del conmutador y enrutador Ethernet de Capa 2 originales, lo que reduce en gran medida los costos para el usuario. Con el aumento de los servicios de banda ancha, el alcance de la aplicación de los conmutadores de capa 3 continúa expandiéndose, especialmente el rápido desarrollo de las tecnologías GE y Ethernet 10G. Como resultado, los conmutadores de capa 3 se han movido gradualmente de las redes empresariales a las redes de área metropolitana y la expansión. del ámbito de aplicación también ha fomentado la innovación en su diseño. Por ejemplo, la tecnología CACHE se utilizó ampliamente en conmutadores de capa 3. Cuando los conmutadores de capa 3 se aplicaron a las redes de área metropolitana y a las redes troncales, los flujos comerciales se volvieron cada vez más irregulares y los cambios en la topología de la red también aumentaron debido al aumento de los servicios de lenguaje de video. También existe una demanda de QOS, etc., y las desventajas de utilizar esta tecnología se vuelven cada vez más obvias a medida que los conmutadores de tres capas se están desarrollando hacia las redes de área metropolitana y las redes troncales, y se requiere cada vez más protocolos; Por ejemplo, algunos fabricantes de conmutadores de capa tres ya admiten OSPF, BGP, MPLS y otros protocolos, y algunos incluso utilizan ASIC programable para admitir IPV6.
Los conmutadores de capa 3 admiten cada vez más tipos de interfaces y algunos ya admiten interfaces WAN. Por ejemplo, la serie CISCO 6000 proporciona un módulo WAN flexWAN, que puede proporcionar varias interfaces WAN. Como cajeros automáticos, POS, Frame Relay, PPP, etc. Pero esta parte se maneja mediante software al igual que los enrutadores tradicionales. Hay dos procesadores 263M RM7000 en flexWAN para manejar estos protocolos de interfaz WAN. Actualmente, solo admite OC-3 ATM o OC-3. Estos adaptadores de interfaz WAN son compatibles con la serie CISCO 7200/7500, pero puede estar seguro de que si desea utilizar una interfaz WAN en un conmutador de tres capas, el precio de la interfaz WAN en un enrutador normal debería ser aproximadamente el mismo. , porque la tecnología utilizada en la interfaz es la misma. Pero como resultado, los conmutadores de Capa 3 han dado lugar a enrutadores como CISCO 7000, que siempre se han utilizado como punto de venta para proporcionar interfaces WAN, con pocas opciones. Algunos comentaristas dicen que dichos enrutadores están llegando a su fin.
Otra razón por la que los conmutadores de Capa 3 generalmente no admiten puertos WAN es porque diferentes puertos WAN pueden tener diferentes MTU. En este caso, si desea lograr un reenvío de velocidad de línea, debe admitir la fragmentación en el hardware. Esto hará que el diseño sea muy engorroso. Los conmutadores de tres capas actuales no admiten la fragmentación, pero el uso de todas las interfaces Ethernet en los conmutadores no presenta este problema. Sin embargo, estos fabricantes solo proporcionan una variedad de interfaces WAN y módulos de protocolo para mejorar los puntos de venta de los conmutadores de Capa 3. No pueden proporcionar reenvío de alta velocidad de Capa 2 desde el hardware y no pueden utilizar únicamente la función de conmutación de Capa 3 de los conmutadores de Capa 3. Dale rienda suelta a la función de conmutación de capa 3. Una ventaja de agregar una interfaz WAN es que es más flexible si el conmutador de capa 3 necesita estar conectado a la WAN y acceder a Internet. Sin embargo, actualmente muchos fabricantes no necesitan agregar un enrutador de primer nivel. Los conmutadores de capa 3 no admiten el puerto WAN, lo que provoca una falla del grupo. Al conectarse a Internet, es necesario agregar un enrutador. Por supuesto, esto no se debe exclusivamente a la interfaz. Los conmutadores de tres capas admiten protocolos limitados, por ejemplo, no admiten el protocolo BGP, no admiten suficientes entradas en la tabla de enrutamiento y tienen funciones de firewall incompletas.
Los conmutadores de capa 3 se dividen en muchos grados según los escenarios de aplicación, con diferentes rendimientos y precios y no se pueden generalizar. Los conmutadores de capa 3 utilizados en redes de área metropolitana e incluso en redes troncales requieren muchas funciones adicionales en los conmutadores de capa 3. La mejora del rendimiento va acompañada de un aumento en la complejidad del diseño, lo que inevitablemente conducirá a un aumento del precio, especialmente para los de gama alta. conmutadores de capa 3 De hecho, no es diferente de GSR.
Cabe decir que si un conmutador de tres capas que alcanza este nivel ya no se puede llamar conmutador de tres capas, al igual que el enrutador de gama alta de JUNIPER, todos sus componentes principales están diseñados con ASIC, por lo que no es imposible para nosotros. llámelo conmutador de tres capas, pero las funciones implementadas por su ASIC son demasiado complejas, demasiado poderosas y el precio es muy alto. Es más apropiado llamarlo enrutador de alta gama. La razón por la que un conmutador de Capa 3 común se denomina conmutador es porque tiene funciones limitadas y está diseñado principalmente para conmutación, por lo que se denomina conmutador. Está diseñado principalmente para redes empresariales y redes de área metropolitana. En este nivel, el número de requisitos es de hasta 1000. Para los usuarios de este nivel, el costo es la consideración más importante bajo la premisa de cumplir con el rendimiento principal. como criterio, no enfatiza la implementación de demasiados protocolos en el conmutador de tres capas y proporciona demasiadas funciones que no se utilizan en absoluto5. Por ejemplo, implementar QOS muy potente en conmutadores de capa 3, admitir protocolos BGP, etc., en realidad no sirve de nada para la gran mayoría de usuarios. Al construir redes de área metropolitana en China, en realidad no es necesario considerar demasiada QOS. Actualmente, se basa principalmente en NTERNET. En realidad, esto está en línea con las condiciones nacionales de China. Tomemos como ejemplo el video a pedido. En China, alquilar un disco solo cuesta uno o dos yuanes y es casi universal entre los usuarios urbanos. ¿Estás dispuesto a jugar bajo demanda?
Al comprender el alcance de la aplicación de los conmutadores de capa 3 y el requisito de lograr un bajo costo, se puede comprender por qué los conmutadores de capa 3 tienen funciones débiles en términos de CoS, POLÍTICA, etc. Proporcionan principalmente puertos Ethernet y soporte limitado. Protocolo de servicios, capacidades de enrutamiento limitadas. Los conmutadores de Capa 3 proporcionan principalmente interfaces Ethernet. Los formatos de trama de las interfaces Ethernet de varias velocidades son similares. Es fácil de usar hardware para lograr el reenvío de alta velocidad de la Capa 2. Generalmente, su función de reenvío de Capa 2 supera con creces las funciones de Capa 3. Switches de Capa 3 Las capacidades de reenvío de Capa 2 son todas de 100 MPPS, mientras que las capacidades de reenvío de Capa 3 son solo unos pocos MPPS. GE y 10GE, con sus bajos precios, brindan buenas condiciones para la aplicación de conmutadores de Capa 3 en WAN.
Los conmutadores de capa 3 utilizan la misma tecnología y enrutadores en la red de conmutación, por lo que no hay diferencia. Por ejemplo, la serie CISCO 6500 utiliza la tecnología CROSS BAR.