سوئیچ لایه 3 چیست؟

“تحولی در شبکه‌ها: سوئیچ لایه 3 و توانمندی‌های خیره‌کننده‌اش”

با توسعه روزافزون شبکه‌های مدرن، نیاز به تکنولوژی‌های پیشرفته‌تر جهت بهبود عملکرد و مدیریت شبکه‌ها رو به افزایش است. در این میان، سوئیچ لایه 3 به عنوان یک نوآوری منحصربه‌فرد در دنیای شبکه‌ها ظهور کرده است و قدرتی جدید را در اختیار متخصصان شبکه قرار می‌دهد.

در این مقاله، به بررسی عمیق سوئیچ لایه 3 می‌پردازیم و قدرت و قابلیت‌های بی‌نظیر آن را بررسی می‌کنیم. سوئیچ لایه 3، با ترکیب قابلیت‌های یک روتر و سوئیچ در یک شاسی واحد، توانسته است به مشکلات رایج شبکه‌ها پاسخ دهد و عملکرد شبکه‌ها را بهبود بخشد.ابتدا به توضیح مفهوم سوئیچ لایه 3 و عملکرد آن می‌پردازیم. سپس به بررسی مزایا و فواید این تکنولوژی می‌پردازیم که شامل جداسازی خطا، ساده‌سازی مدیریت امنیت، کاهش ترافیک پخشی و تاخیر شبکه می‌شوند.

همچنین، ما به بررسی نحوه عملکرد سوئیچ لایه 3 در شبکه می‌پردازیم و چگونگی استفاده از آن برای مسیریابی بین-VLAN را بررسی می‌کنیم و با جداول مسیریابی مجزا و قابلیت حسابداری جریان در سوئیچ لایه 3 آشنا می‌شویم که به تسهیل و بهبود عملکرد شبکه کمک می‌کنند.

سوئیچ لایه 3 چیست؟

سوئیچ لایه 3 یک نوع ویژه از دستگاه‌های شبکه است که عملکرد یک سوئیچ و یک روتر را در یک مجموعه یکپارچه ترکیب می‌کند. این دستگاه در لایه شبکه مدل OSI عمل می‌کند و برای اتصال دستگاه‌ها در یک زیرشبکه یا VLAN با سرعت بالا استفاده می‌شود، همچنین قابلیت مسیریابی IP را نیز در خود جای داده است و بدین ترتیب عملکرد روتر را نیز دارا می‌باشد.

این نوع سوئیچ شبکه (Ethernet) قادر است به پروتکل‌های مسیریابی پشتیبانی کند، بسته‌های ورودی را بررسی نموده و حتی تصمیم‌گیری‌های مسیریابی را بر اساس آدرس‌های منبع و مقصد انجام دهد.

سوئیچ لایه 3، که به طور معمول به عنوان سوئیچ چندلایه نیز شناخته می‌شود، انعطاف‌پذیری بالایی به شبکه اضافه می‌کند و همزمان به عنوان سوئیچ و روتر عمل می‌کند.

سوئیچ لایه 3 چگونه کار می‌کند؟

سوئیچ‌های cut-through: این نوع سوئیچ لایه 3 تنها در بسته اول یک سری بسته‌ها به آدرس IP مقصد آن نگاه می‌کند و سپس بسته‌های باقی‌مانده را با استفاده از آدرس‌های MAC آنها منتقل می‌کند، بدین ترتیب سرعت انتقال داده‌ها افزایش می‌یابد.

سوئیچ‌های Layer 3 (PPL3) : سوئیچ‌های PPL3 در هر بسته نگاهی به آدرس IP آن می‌اندازند و به عنوان یک روتر با سرعت بالا عمل می‌کنند که قابلیت مسیریابی آن در سخت‌افزار آن معمولاً به جای نرم‌افزار قرار دارد.

همانطور که در شبکه‌شناسی شبکه توضیح داده شده است: “مانند روترها، علاوه بر ارسال یک بسته به مقصد خود، این سوئیچ‌ها عملکردهای دیگری که یک روتر استاندارد انجام می‌دهد را نیز انجام می‌دهند، مانند استفاده از جمع‌بندی بسته برای تأیید سلامتی آن، به‌روزرسانی اطلاعات زمان به زندگی بسته بعد از هر هاپ و پردازش هر اطلاعات اختیاری موجود در هدر بسته. سوئیچ‌های PPL3 به طور معمول با استفاده از پروتکل مسیریابی مانند پروتکل اطلاعات مسیریابی (RIP) یا پروتکل اسپف (OSPF) با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند تا آنها از جمعیت کلی شبکه آگاه شوند.”

هر کاربر یا سازمانی که نیاز به ایجاد یک شبکه محلی با چندین رایانه دارد و می‌خواهد با استفاده از کابل‌های اترنت ارتباط برقرار کند، نیازمند استفاده از سوئیچ شبکه می‌باشد. به عنوان مثال، روتر خانگی شما ممکن است نتواند تمام رایانه‌های شما را پوشش دهد و یا با ترافیک بالای اینترنت مشکل داشته باشد. در اینجا سوئیچ شبکه به شما کمک می‌کند تا این مشکلات را حل کنید.

استفاده از سوئیچ شبکه برای شبکه‌های تجاری بسیار حائز اهمیت است، زیرا این نوع شبکه‌ها معمولاً تعداد ورودی‌های بیشتری دارند. اگر هنوز از یک هاب اترنت برای مدیریت شبکه خود استفاده می‌کنید، ممکن است بخواهید آن را با یک سوئیچ شبکه با کیفیت و پیشرفته جایگزین کنید.

با استفاده از سوئیچ شبکه، بهبود چشمگیری در عملکرد شبکه خود تجربه خواهید کرد. آیا هنوز در نظر دارید یک سوئیچ شبکه خریداری کنید؟ در این صورت، باید در مورد معیارهای اساسی برای خرید آن آگاه شوید و اطلاعات بیشتری در این زمینه جمع آوری کنید.

 

معیارهایی که در خرید سوئیچ شبکه باید مدنظر قرار بگیرند عبارتند از:

– نوع و پیچیدگی شبکه مورد نیاز

– تعداد و VLAN‌های مورد استفاده

– نرخ انتقال داده

– حافظه MAC

– قیمت سوئیچ شبکه

– استفاده شخصی

– تعداد پورت‌ها

– سرعت انتقال داده

– قابلیت مدیریت ترافیک داده

با رعایت این معیارها، می‌توانید سوئیچ شبکه‌ای را که با نیاز های شما همخوانی دارد، را انتخاب کنید.

 

معایب سوئیچ‌های لایه 3 عبارتند از:

1. هزینه: هزینه بالای تهیه، پیکربندی و مدیریت سوئیچ‌های لایه 3 به عنوان یکی از معایب آن‌ها مطرح است. نیاز به مهارت بیشتر برای نصب و پیکربندی این دستگاه‌ها وجود دارد و این ممکن است به سازمان‌ها هزینه اضافی برساند.
2. مصارف محدود: سوئیچ‌های لایه 3 عموماً برای سازمان‌ها و شبکه‌های بزرگ با تعداد زیاد دستگاه‌ها، subnet‌ها و VLAN‌های متعدد مناسب هستند. این بدان معنی است که برای استفاده در شرکت‌ها کوچکتر، خانه‌ها و سازمان‌هایی با شبکه داخلی کوچک، سوئیچ‌های لایه 3 گزینه مناسبی نخواهند بود.
3. عدم پشتیبانی از قابلیت‌های WAN: سوئیچ‌های لایه 3 به صورت مستقیم قابلیت‌های WAN را پشتیبانی نمی‌کنند. این به این معنی است که برای مسیریابی در شبکه، نیاز به استفاده همزمان از روترها و سوئیچ‌های لایه 3 است.
4. کندی در مجازی‌سازی: در مقایسه با سوئیچ‌های لایه 2، سوئیچ‌های لایه 3 به صورت کلی کندتر هستند، به ویژه زمانی که بخواهید VLAN‌ها را روی سوئیچ‌های متعدد به منظور مجازی‌سازی گسترش دهید.
5. عدم انعطاف‌پذیری: VLAN‌ها در سوئیچ‌های لایه 3 به صورت محلی (Local) تعریف می‌شوند و نمی‌توان آن‌ها را بر روی سوئیچ‌های دیگر استفاده کرد. این مسئله محدودیتی برای انتقال VLAN‌ها بین سوئیچ‌ها ایجاد می‌کند و نیاز به برنامه‌ریزی دقیق برای استفاده از یک VLAN روی چندین سوئیچ وجود دارد.

استفاده از سوئیچ های لایه 3 در کنار لن های مجازی

استفاده از سوئیچ‌های لایه 3 در کنار شبکه‌های محلی مجازی یا VLAN‌ها امکاناتی را فراهم می‌کند. برای استفاده از یک VLAN، باید آن را در سوئیچ پیکربندی کرده و پورت‌های مربوط به آن را تعیین کنید. همچنین، برای هر VLAN باید پارامترهای مربوط به روتینگ را نیز مشخص کنید.

بعضی از سوئیچ‌های لایه 3 از سرویس DHCP نیز پشتیبانی می‌کنند. این به این معنی است که دستگاه‌های متصل به یک VLAN مجازی می‌توانند آدرس IP را به صورت اتوماتیک و خودکار از DHCP دریافت کنند. در صورتی که این قابلیت در سوئیچ فراهم نباشد، می‌توانید از یک سرور DHCP خارجی استفاده کنید یا آدرس‌های IP استاتیک را به صورت جداگانه پیکربندی کنید.

استفاده از سوئیچ‌های لایه 3 در کنار VLAN‌ها امکاناتی را برای مدیریت و کنترل بهتر ترافیک و توزیع منابع در شبکه فراهم می‌کند.یکی از اصلی ترین فروشندگان سوئیچ های لایه 3، شبکه گستران فرابورس است. شبکه گستران فرابورس یک شرکت ثبت شده ی معتبر در زمینه ی فروش تمامی تجهیزات شبکه، اعم ازسوئیچ سیسکو ( تمامی سری های 3650، 3850، 3750، 2960 ، 9200 و نکسوس) و سرورهای اچ پی میباشد. این شرکت ثبت شده فروشگاه اینترنتی دارای خدمات ارسال فوری و 12 ماه گارانتی بر روی محصولاتش میباشد.

اهداف  سوئیچ لایه 3

هدف اصلی استفاده از سوئیچ لایه 3 در شبکه‌ها، بهبود عملکرد روتینگ در شبکه‌های بزرگ است، به ویژه در شبکه‌های شرکتی و اینترانت‌های بزرگ. این سوئیچ‌ها به صورت تکاملی در مدت زمانی که سوئیچ‌های لایه 2 به مشکل برمی‌خورند، طراحی شده‌اند.

سوئیچ‌های لایه 2 برای شبکه‌هایی با ترافیک کم تا متوسط عملکرد خوبی دارند. اما وقتی ترافیک افزایش می‌یابد، این سوئیچ‌ها ممکن است با مشکلات روبرو شوند. به عبارت دیگر، قابلیت لایه 2 سوئیچ‌ها در مواجهه با ترافیک بزرگتر، محدودیت‌هایی دارد.

برای حل این مشکلات و بهبود عملکرد شبکه در مقابل ترافیک بزرگتر، سوئیچ‌های لایه 3 طراحی شده‌اند. این سوئیچ‌ها، علاوه بر عملکرد لایه 2، توانایی روتینگ در لایه 3 را نیز دارند. به این ترتیب، می‌توانند ترافیک را بهینه‌سازی کنند، زیرا قادرند بسته‌ها را بر اساس آدرس‌های IP به راه‌های مختلف هدایت کنند و از طریق مسیریابی بهتر ترافیک را مدیریت کنند.

به طور خلاصه، هدف اصلی سوئیچ‌های لایه 3، ارائه قابلیت روتینگ در لایه 3 برای بهبود عملکرد شبکه در مقابل ترافیک بزرگتر است. این سوئیچ‌ها می‌توانند به عنوان گزینه‌ای مناسب برای شبکه‌های بزرگ و پیچیده با ترافیک فراوان و VLAN‌های متعدد مورد استفاده قرار گیرند.

مزایای سوییچ لایه 3

1. پشتیبانی از روتینگ بین شبکه‌های VLAN: سوییچ لایه 3 قادر است به صورت مستقیم بین VLAN‌ها روتینگ انجام دهد، که این امر باعث ارتقای عملکرد شبکه و ترافیک میان VLAN‌ها می‌شود.
2. ساده‌سازی مدیریت امنیت: با استفاده از سوییچ لایه 3، می‌توان مدیریت امنیت در شبکه را ساده‌تر کرد. امکان جداکردن دامنه‌های broadcast برای هر VLAN و ایجاد سیاست‌های امنیتی برای هر کدام از آنها وجود دارد.
3. کاهش حجم ترافیک پخش شده: با استفاده از سوییچ لایه 3، ترافیک پخش شده در شبکه به صورت محدودتری نسبت به سوییچ‌های لایه 2 است. این امر باعث کاهش بار شبکه و بهبود عملکرد آن می‌شود.
4. بهبود ایزوله کردن خطا: سوییچ لایه 3 قادر است خطاها را به صورت جداگانه در هر VLAN جدا کند. این امکان به مدیران شبکه کمک می‌کند تا خطاها را به راحتی تشخیص داده و عیب‌یابی نمایند.
5. جداسازی جداول روتینگ: با استفاده از سوییچ لایه 3، جداول روتینگ برای هر VLAN جداگانه قابل پیکربندی هستند. این امر باعث بهبود جدا سازی ترافیک در شبکه می‌شود و پهنای باند را بهبود می‌بخشد.
6. تسهیل فرایند پیکربندی VLAN: سوییچ لایه 3 تسهیل‌کننده‌ای برای پیکربندی VLAN‌ها است. با استفاده از این سوییچ، نیازی به ساخت روتر جداگانه بین هر VLAN نیست و مدیریت VLAN‌ها به صورت ساده‌تری انجام می‌شود.
7. پشتیبانی از مدیریت جریان و مقیاس‌پذیری سرعت بالا: سوییچ لایه 3 قادر به مدیریت جریان ترافیک و افزایش سرعت در شبکه است. این امر باعث بهبود عملکرد و مقیاس‌پذیری شبکه می‌شود.
8. پایین آوردن زمان تاخیر شبکه: با استفاده از سوییچ لایه 3، زمان تاخیر شبکه به حداقل می‌رسد و نیاز به عبور بسته‌ها از روترها برای انجام پرش اضافی کاهش می‌یابد.
9. ساده‌سازی فرایند عیب‌یابی: با استفاده از سوییچ لایه 3، عیب‌یابی در شبکه ساده‌تر می‌شود. مشکلات مربوط به لایه 2 به راحتی قابل شناسایی و برطرف می‌شوند.

نتیجه گیری

سوئیچ‌های لایه 3، با ارائه مزایا و قابلیت‌هایی مانند پشتیبانی از روتینگ بین شبکه‌های VLAN، ساده‌سازی مدیریت امنیت، کاهش ترافیک پخش شده و بهبود عملکرد خطا، به عنوان یک ابزار بسیار قدرتمند در شبکه‌های بزرگ و پیچیده مورد استفاده قرار می‌گیرند.

با این حال، در هنگام اضافه کردن سوئیچ لایه 3 به شبکه، نیاز است به نقاط ضعف آن نیز توجه کنیم. هزینه بالاتر و پیچیدگی در پیکربندی و مدیریت، محدودیت در کاربرد برای سازمان‌های کوچک و متوسط، نیاز به استفاده همزمان از روترها و سوئیچ‌های لایه 3 برای مسیردهی ترافیک WAN، کندی عملکرد نسبی سوئیچ‌های لایه 3 نسبت به سوئیچ‌های لایه 2، و عدم انعطاف‌پذیری در اتصال VLAN به سوئیچ‌های مختلف، از جمله محدودیت‌های سوئیچ‌های لایه 3 هستند.

با در نظر گرفتن این نکات، افزودن سوئیچ لایه 3 به شبکه یک تصمیم استراتژیک است که نیازمند تحلیل دقیق نیازها و محدودیت‌های شبکه مورد نظر است. در صورت اجرای صحیح و بهینه، سوئیچ لایه 3 قادر است بهبود عملکرد شبکه، افزایش امنیت و کاهش هزینه‌ها را ارائه دهد.