L3 устройства как можно догадаться из названия работают на L3 уровне модели OSI. На этом уровне работают такие протоколы как:
На уровне L3 в сетевой архитектуре существуют различные протоколы, включая:
- IP (Internet Protocol): Основной протокол для маршрутизации данных в интернете, включая IPv4 и IPv6.
- ICMP (Internet Control Message Protocol): Протокол для передачи управляющих сообщений и диагностики сетевых проблем.
- ARP (Address Resolution Protocol): Протокол для сопоставления IP-адресов с MAC-адресами.
Эти протоколы обеспечивают маршрутизацию и управление трафиком в сетях. На уровне L3 также можно выделить следующие протоколы:
- RARP (Reverse Address Resolution Protocol): Протокол, который позволяет устройствам определять свой IP-адрес на основе известного MAC-адреса.
- OSPF (Open Shortest Path First): Протокол динамической маршрутизации, который использует алгоритм состояния канала для определения наилучших маршрутов.
- BGP (Border Gateway Protocol): Протокол, используемый для обмена маршрутной информацией между автономными системами в интернете.
- EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol): Протокол маршрутизации, разработанный Cisco, который сочетает в себе характеристики как дистанционно-векторных, так и протоколов состояния канала.
- IS-IS (Intermediate System to Intermediate System): Протокол маршрутизации, который используется в крупных сетях и поддерживает как IPv4, так и IPv6.
Эти протоколы играют важную роль в обеспечении эффективной маршрутизации и управления трафиком в сетях различного масштаба.
Из L3 устройств можно подчеркнуть такие устройства как:
- Маршрутизаторы/Роутеры
- L3 Коммутаторы (не путать с обычными коммутаторами L2)
Разберем по порядку, что делает каждое устройство и для чего они предназначаются в работе сети.
Маршрутизатор - это сетевое работающие на L3, которое отвечает за:
- Маршрутизацию - определение наилучшего пути для передачи данных между различными сетями. Он анализирует IP-адреса пакетов и принимает решения о том, куда их отправить.
- Cоединение различных сетей - маршрутизаторы обеспечивают связь между разными сетями, такими как локальные сети (LAN) и глобальные сети (WAN), а также между различными протоколами (например, IP и IPX).
- Подключение к интернету - в домашних и офисных сетях маршрутизаторы обеспечивают доступ к интернету, соединяя локальную сеть с провайдером интернет-услуг.
- Безопасность - многие маршрутизаторы имеют встроенные функции безопасности, такие как списки контроля доступа (ACL), Firewall, NAT (Network Address Translation) и VPN (Virtual Private Network), которые помогают защищать сеть от несанкционированного доступа и атак.
Теперь давайте разберем основную функцию роутеров, это маршрутизация. Маршрутизация — это процесс определения пути, по которому данные (пакеты) передаются от источника к назначению через сеть. Она играет ключевую роль в сетевой архитектуре, обеспечивая эффективное и надежное перемещение данных между различными сетями. Давайте рассмотрим основные аспекты маршрутизации более подробно.
Таблицы маршрутизации:
- Структуры данных, которые хранят информацию о доступных маршрутах к различным сетям. Каждая запись в таблице содержит информацию о сети назначения, следующем хопе (next hop) и метрике (стоимости) маршрута.
Протоколы маршрутизации:
Набор правил и процедур, которые маршрутизаторы используют для обмена информацией о маршрутах. Протоколы маршрутизации делятся на два основных типа:
- Динамические протоколы маршрутизации: Автоматически обновляют таблицы маршрутизации на основе изменений в сети. Примеры: OSPF, BGP, EIGRP.
- Статические маршруты: Администраторы вручную настраивают маршруты, которые не изменяются автоматически.
Существует несколько алгоритмов, которые используются для определения наилучшего маршрута:
Алгоритмы на основе расстояния:
- Используют метрики, такие как количество хопов, задержка или пропускная способность, для определения наилучшего маршрута. Примеры: RIP (Routing Information Protocol).
Алгоритмы на основе состояния канала:
- Обмениваются информацией о состоянии всех маршрутов в сети, что позволяет маршрутизаторам принимать более обоснованные решения. Примеры: OSPF (Open Shortest Path First), IS-IS.
Алгоритмы на основе векторов расстояния:
- Обмениваются информацией о маршрутах с соседними маршрутизаторами, что позволяет им обновлять свои таблицы маршрутизации. Пример: EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol).
RIP (Routing Information Protocol):
- Простой протокол, использующий метрику количества хопов. Подходит для небольших сетей. Hop (hop — «прыжок») — это процесс передачи сетевого пакета (или датаграммы) между хостами сети. Обычно используется для определения «расстояния» между узлами: чем больше хопов, тем сложнее путь маршрутизации и тем «дальше» находятся узлы друг от друга.
OSPF (Open Shortest Path First):
- Протокол состояния канала, который использует алгоритм Дейкстры для определения наилучшего маршрута. Подходит для больших и сложных сетей.
BGP (Border Gateway Protocol):
- Протокол, используемый для обмена маршрутной информацией между автономными системами в интернете. Он основан на политике и может учитывать различные факторы при выборе маршрута.
EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol):
- Протокол, разработанный Cisco, который сочетает в себе характеристики как протоколов состояния канала, так и векторов расстояния.
Существует несколько алгоритмов, которые используются для определения наилучшего маршрута:
Алгоритмы на основе расстояния:
- Используют метрики, такие как количество хопов, задержка или пропускная способность, для определения наилучшего маршрута. Примеры: RIP (Routing Information Protocol).
Алгоритмы на основе состояния канала:
- Обмениваются информацией о состоянии всех маршрутов в сети, что позволяет маршрутизаторам принимать более обоснованные решения. Примеры: OSPF (Open Shortest Path First), IS-IS.
Алгоритмы на основе векторов расстояния:
- Обмениваются информацией о маршрутах с соседними маршрутизаторами, что позволяет им обновлять свои таблицы маршрутизации. Пример: EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol).
Давайте подробнее разберем процесс маршрутизации и разделим его на основные
- Получение пакета: - Маршрутизатор получает пакет данных на одном из своих интерфейсов.
- Анализ заголовка: - Маршрутизатор анализирует заголовок пакета, чтобы определить IP-адрес назначения.
- Поиск в таблице маршрутизации: - На основе IP-адреса назначения маршрутизатор ищет соответствующую запись в таблице маршрутизации, чтобы определить, куда отправить пакет.
- Определение следующего хопа: - Маршрутизатор определяет следующий хоп (следующее устройство), к которому должен быть отправлен пакет, и выбирает соответствующий интерфейс.
- Отправка пакета: - Пакет передается на следующий хоп, и процесс повторяется, пока пакет не достигнет конечного назначения.
L3 коммутаторы (коммутаторы уровня 3) — это сетевые устройства, которые объединяют функции коммутирования (Layer 2) и маршрутизации (Layer 3). Они способны обрабатывать как локальный трафик в пределах одной сети, так и маршрутизировать трафик между различными сетями. Это делает их важным элементом в современных сетевых архитектурах, особенно в корпоративных и дата-центровых сетях.
В отличие от своих более простых собратьев, коммутаторы L3 могут брать на себя функции маршрутизаторов, в том числе проверку логической адресации и выбор пути (маршрута) доставки данных. Благодаря повсеместному внедрению стека протоколов TCP/IP, коммутаторы уровня L3 являются важной частью сети, так как могут выполнять пересылку пакетов не только на основе анализа MAC адресов, но и «поднимаясь на этаж выше», то есть на основе IP адресов и соответствующих протоколов маршрутизации
Преимущества L3 коммутаторов
- Снижение задержек: Обработка трафика на аппаратном уровне позволяет уменьшить задержки по сравнению с традиционными маршрутизаторами.
- Упрощение архитектуры: Объединение функций маршрутизации и коммутирования в одном устройстве упрощает сетевую архитектуру и уменьшает количество необходимых устройств.
- Гибкость: Поддержка различных протоколов маршрутизации и VLAN позволяет легко адаптировать сеть к изменяющимся требованиям бизнеса.
- В чем основные отличия L3 коммутаторов от L2?
- Как работает маршрутизация?
- Что такое хоп?
- Для чего нужны роутеры?
- Что такое таблица маршрутизации?