Layer-2- vs. Layer-3-Switch: Welchen benötigen Sie?

Wenn Sie alle Netzwerkgeräte und Client-Geräte in einem Netzwerk verbinden möchten, ist ein Layer-2-Switch im Allgemeinen eines der Basisgeräte, die Sie benötigen. Da die Vielfalt der Netzwerkanwendungen stetig zunimmt und die Implementierung konvergierter Netzwerke immer häufiger erfolgt, erfreuen sich neue Netzwerk-Switches, z. B. Layer-3-Switches, sowohl in Rechenzentren als auch in komplizierten Unternehmensnetzwerken, kommerziellen Anwendungen und sogar in fortgeschrittenen Kundenprojekten großer Beliebtheit.

Was sind Layer-2- und Layer-3-Switches?

Die Begriffe Layer 2 & 3 wurden aus dem Open System Interconnect (OSI)-Modell übernommen, das ein Referenzmodell zur Beschreibung und Erläuterung der Netzwerkkommunikation darstellt. Das OSI-Modell hat sieben Schichten: Anwendungsschicht (Application Layer), Präsentationsschicht (Presentation Layer), Sitzungsschicht (Session Layer), Transportschicht (Transport Layer), Netzwerkschicht (Network Layer), Datenverbindungsschicht (Data Link Layer) und die physikalische Schicht (Physical Layer), von denen die Datenverbindungsschicht die Schicht 2 (Layer 2) und die Netzwerkschicht die Schicht 3 (Layer 3) ist. Die in diesen Schichten arbeitenden Switches werden als Layer-2-Switch bzw. Layer-3-Switch bezeichnet.

Abbildung 1: Layer 2 & Layer 3 im OSI-Modell.

Layer-2- vs. Layer-3-Switch

Der wesentliche Unterschied zwischen Layer 2 und Layer 3 ist die Routing-Funktion. Dies ist auch der größte Unterschied zwischen dem Layer-2-Switch und dem Layer-3-Switch. Ein Layer-2-Switch arbeitet nur mit MAC-Adressen und kümmert sich nicht um die IP-Adresse oder irgendwelche Elemente höherer Schichten. Ein Layer-3-Switch oder Multilayer-Switch kann alle Aufgaben übernehmen, die ein Layer-2-Switch übernimmt. Zusätzlich kann er statisches Routing und dynamisches Routing ausführen. Das bedeutet, dass ein Layer-3-Switch sowohl über eine MAC-Adresstabelle als auch eine IP-Routing-Tabelle verfügt und auch die Intra-VLAN-Kommunikation und das Routing von Paketen zwischen verschiedenen VLANs übernimmt. Ein Switch, der nur statisches Routing hinzufügt, wird als Layer-2+ oder Layer-3-Lite bezeichnet. Abgesehen vom Routing von Paketen enthalten Layer-3-Switches auch einige Funktionen, die die Fähigkeit erfordern, die IP-Adressinformationen der in den Switch eingehenden Daten zu verstehen, wie z. B. das Tagging des VLAN-Verkehrs auf der Grundlage der IP-Adresse anstelle der manuellen Konfiguration eines Ports.

Bei der Entscheidung zwischen Layer-2- und Layer-3-Switches sollten Sie darüber nachdenken, wo sie eingesetzt werden sollen. Wenn Sie eine reine Layer-2-Domain haben, können Sie sich einfach für einen Layer-2-Switch entscheiden. In einer reinen Layer-2-Domain sind die Hosts miteinander verbunden, so dass ein Layer-2-Switch dort gut funktioniert. Dies wird in einer Netzwerktopologie gewöhnlich als Zugriffsschicht (Access Layer) bezeichnet. Wenn Sie einen Switch benötigen, um mehrere Access-Switches zusammenzufassen und Inter-VLAN-Routing durchzuführen, ist ein Layer-3-Switch erforderlich. Dies wird in der Netzwerktopologie als Verteilungsschicht (Distribution Layer) bezeichnet.

Abbildung 2: Einsatz von Layer-2-Switch, Layer-3-Switch und Router

Layer-2- vs. Layer-3-Switch: Beim Kauf zu beachtende Schlüsselparameter

Wenn Sie einen Layer-2- oder Layer-3-Switch erwerben, gibt es einige Schlüsselparameter, die Sie beachten sollten. Dazu gehören die Weiterleitungsrate, die Backplane-Bandbreite, die Anzahl der VLANs, der Speicher der MAC-Adresse, die Latenzzeit usw.

Die Weiterleitungsrate (oder Durchsatzrate) ist die Weiterleitungsfähigkeit einer Backplane (oder Switch-Fabric). Wenn die Weiterleitungsfähigkeiten größer sind als die Summe der Geschwindigkeiten aller Ports, nennen wir die Backplane Non-Blocking. Die Weiterleitungsrate wird in Paketen pro Sekunde (pps) ausgedrückt. Die folgende Formel gibt an, wie die Weiterleitungsrate eines Switches berechnet werden kann:

Weiterleitungsrate (pps) = Anzahl der 10Gbit/s-Ports * 14.880.950 pps + Anzahl der 1Gbit/s-Ports * 1.488.095 pps + Anzahl der 100Mbit/s-Ports * 148.809 pps

Der Switch FS S5850-32S2Q verfügt beispielsweise über 32 10-Gbit/s-Ports und 2 40-Gbit/s-Ports. Die Weiterleitungsrate beträgt also:

32 * 14.880.950 pps + 2 * 4 * 14.880.950 pps = 595.238.000 pps ≈ 596 Mpps

Der nächste Parameter ist die Backplane-Bandbreite oder Switch-Fabric-Kapazität, die sich aus der Summe der Geschwindigkeiten aller Ports ergibt. Die Summe der Geschwindigkeiten aller Ports wird doppelt gezählt, einmal für die Tx-Richtung und einmal für die Rx-Richtung. Die Backplane-Bandbreite wird in Bits pro Sekunde (bps oder Bit/s) ausgedrückt.

Backplane-Bandbreite (bps) = Port-Nummer * Port-Datenrate * 2

Somit ist die Backplane-Bandbreite für S5850-32S2Q:

(32 * 10 Gbit/s + 2 * 40 Gbit/s) * 2 = 800 Gbit/s

Weitere wichtige Parameter sind die Anzahl der VLANs, die konfiguriert werden können. Im Allgemeinen sind 1K = 1024 VLANs für einen Layer-2-Switch ausreichend, und die typische Anzahl von VLANs für einen Layer-3-Switch beträgt 4k = 4096. Speicher der MAC-Adresstabelle ist die Anzahl der MAC-Adressen, die ein Switch behalten kann, normalerweise ausgedrückt als 8k oder 128k. Latenz ist die Verzögerungszeit, unter der ein Datentransfer leidet. Sie muss so kurz wie möglich sein, daher wird die Latenzzeit normalerweise in Nanosekunden (ns) ausgedrückt.

Zusammenfassung

In diesem Beitrag wurden die Unterschiede zwischen Layer-2- und Layer-3-Switch erläutert. Es wird auch ein Vergleich ihrer Funktionen vorgenommen, in der Hoffnung, den Entscheidungsprozess bei diesen Geräten zu erleichtern. Es werden auch Schlüsselparameter zur Messung eines Layer-2- oder Layer-3-Switch diskutiert. Es ist nicht immer der Fall, dass das fortschrittlichere Gerät besser ist. Vielmehr ist es ratsam, das für Ihre spezifische Anwendung am besten geeignete Gerät auszuwählen.