تفاوت سوئیچ لایه 2 و سوئیچ لایه 3
تفاوت سوئیچ لایه 2 و سوئیچ لایه 3 چیست؟
در این مطلب از مجله زدرایان قصد داریم در مورد تفاوت سوئیچ لایه 2 و سوئیچ لایه 3 صحبت کنبم.
در دنیای شبکه‌های کامپیوتری، سوئیچ‌های شبکه از اجزای اساسی هستند که دستگاه‌ها را به یکدیگر متصل کرده و امکان تبادل داده‌ها را فراهم می‌کنند. این سوئیچ‌ها بر اساس مدل مرجع OSI (Open Systems Interconnection) در لایه‌های مختلفی عمل می‌کنند که رایج‌ترین آن‌ها لایه 2 (Data Link Layer) و لایه 3 (Network Layer) است. تفاوت اصلی بین سوئیچ‌های لایه 2 و لایه 3 در قابلیت‌های آن‌ها برای پردازش و مسیریابی ترافیک شبکه نهفته است.
کاربردهای سوئیچ شبکه
سوئیچ شبکه (Network Switch) به عنوان قلب تپنده یک شبکه محلی (LAN) عمل می‌کند و وظیفه اصلی آن اتصال دستگاه‌های مختلف مانند کامپیوترها، سرورها، پرینترها، و دوربین‌های IP به یکدیگر است. این دستگاه هوشمند، برخلاف هاب‌های قدیمی که اطلاعات را به تمام پورت‌ها ارسال می‌کردند، بسته‌های داده را به صورت هوشمندانه فقط به پورت مقصد مورد نظر هدایت می‌کند.
این عمل منجر به افزایش کارایی، کاهش ترافیک غیرضروری و بهبود امنیت شبکه می‌شود. سوئیچ‌ها با ایجاد یک مسیر اختصاصی برای ارتباط هر دستگاه، تضمین می‌کنند که داده‌ها با سرعت و پایداری بالا به مقصد برسند، که این ویژگی برای هر محیطی از خانه‌های هوشمند گرفته تا دیتاسنترهای بزرگ ضروری است.
کاربردهای سوئیچ‌های شبکه بسیار متنوع است و بسته به نوع سوئیچ (مدیریتی یا غیرمدیریتی، لایه 2 یا لایه 3) و مقیاس شبکه، متفاوت خواهد بود. در شبکه‌های کوچک و خانگی، سوئیچ‌های غیرمدیریتی اغلب برای افزایش تعداد پورت‌های اترنت موجود در مودم یا روتر استفاده می‌شوند تا بتوان دستگاه‌های بیشتری را به صورت باسیم متصل کرد و از پایداری و سرعت بالاتر نسبت به Wi-Fi بهره‌مند شد.
در محیط‌های کسب‌وکار کوچک، همین سوئیچ‌ها می‌توانند شبکه‌ای ساده و سریع برای اتصال کامپیوترهای کارمندان، پرینترهای شبکه و ذخیره‌سازهای متصل به شبکه (NAS) فراهم آورند، بدون اینکه نیاز به پیکربندی پیچیده‌ای باشد. برخی از این سوئیچ‌ها حتی قابلیت PoE (Power over Ethernet) را دارند که امکان تغذیه برق دستگاه‌هایی مانند دوربین‌های مداربسته IP و اکسس پوینت‌های بی‌سیم را از طریق همان کابل شبکه فراهم می‌کند و نصب را بسیار ساده‌تر می‌سازد.
در مقیاس‌های بزرگ‌تر مانند شرکت‌های متوسط تا بزرگ، دیتاسنترها و شبکه‌های دانشگاهی، از سوئیچ‌های مدیریتی و لایه 3 استفاده می‌شود که قابلیت‌های پیشرفته‌تری ارائه می‌دهند. این سوئیچ‌ها امکان تقسیم‌بندی شبکه به VLANها (شبکه‌های محلی مجازی) را فراهم می‌کنند که به بهبود امنیت، کاهش ترافیک Broadcast و مدیریت آسان‌تر شبکه کمک می‌کند.
همچنین، با قابلیت‌هایی نظیر QoS (Quality of Service)، می‌توانند ترافیک‌های حساس به تأخیر مانند تماس‌های صوتی (VoIP) و ویدئو کنفرانس را اولویت‌بندی کنند تا کیفیت آن‌ها تضمین شود. سوئیچ‌های پیشرفته‌تر همچنین ابزارهای قدرتمندی برای مانیتورینگ و عیب‌یابی شبکه، افزایش امنیت (مانند Port Security و ACLs) و ایجاد افزونگی (Redundancy) برای اطمینان از پایداری و در دسترس بودن شبکه ارائه می‌دهند. این ویژگی‌ها سوئیچ‌ها را به ستون فقرات هر زیرساخت شبکه مدرن و کارآمدی تبدیل می‌کند.
سوئیچ لایه 2 (Layer 2 Switch)
سوئیچ لایه 2 عمدتاً در لایه پیوند داده (Layer 2) مدل OSI کار می‌کند. وظیفه اصلی آن، هدایت فریم‌های داده (Data Frames) بین دستگاه‌های متصل به یک شبکه محلی (LAN) یا یک زیرشبکه (Subnet) واحد است. این سوئیچ‌ها برای تصمیم‌گیری در مورد اینکه داده‌ها به کدام پورت ارسال شوند، از آدرس‌های MAC (Media Access Control) دستگاه‌ها استفاده می‌کنند.
نحوه عملکرد: سوئیچ لایه 2 یک جدول آدرس MAC (MAC Address Table) نگهداری می‌کند. وقتی یک فریم داده به سوئیچ می‌رسد، سوئیچ آدرس MAC مقصد را در فریم بررسی می‌کند. اگر آدرس MAC مقصد در جدول خود باشد، فریم را به طور مستقیم به پورتی که آن دستگاه به آن متصل است، ارسال می‌کند. اگر آدرس MAC ناشناس باشد، فریم را به همه پورت‌ها (به جز پورت ورودی) ارسال می‌کند تا آدرس مقصد را کشف کند و سپس آن را در جدول خود ثبت می‌کند.
کاربردها:
- شبکه‌های محلی (LANs): برای اتصال کامپیوترها، پرینترها، سرورها و سایر دستگاه‌ها در یک LAN واحد.
- پشتیبانی از VLAN (Virtual Local Area Network): اکثر سوئیچ‌های لایه 2 مدیریتی می‌توانند VLANs را پشتیبانی کنند. این ویژگی به شما اجازه می‌دهد یک شبکه فیزیکی را به چندین شبکه منطقی تقسیم کنید و ترافیک هر VLAN را ایزوله نگه دارید. با این حال، برای ارتباط بین VLANها در یک سوئیچ لایه 2، به یک روتر یا سوئیچ لایه 3 خارجی نیاز است.
- افزایش پورت‌های شبکه: به عنوان یک دستگاه توسعه‌دهنده پورت در شبکه‌های کوچک و متوسط.
- کاهش Broadcast Domain و Collision Domain: با ایجاد یک Collision Domain جداگانه برای هر پورت، باعث بهبود کارایی شبکه می‌شوند.
مزایا:
- سرعت بالا: پردازش ترافیک مبتنی بر سخت‌افزار (ASIC) و آدرس‌های MAC باعث می‌شود که سوئیچینگ لایه 2 بسیار سریع باشد.
- مقرون به صرفه: معمولاً ارزان‌تر از سوئیچ‌های لایه 3 هستند.
- سادگی: برای شبکه‌های ساده و بدون نیاز به مسیریابی بین زیرشبکه‌ها، راه‌اندازی و مدیریت آن‌ها آسان است.
سوئیچ لایه 3 (Layer 3 Switch)
سوئیچ لایه 3 که به آن سوئیچ چندلایه (Multilayer Switch) نیز گفته می‌شود، هم در لایه پیوند داده (Layer 2) و هم در لایه شبکه (Layer 3) مدل OSI عمل می‌کند. این سوئیچ‌ها علاوه بر تمام قابلیت‌های یک سوئیچ لایه 2 (سوئیچینگ بر اساس آدرس MAC)، توانایی مسیریابی (Routing) ترافیک را نیز دارند، دقیقاً مانند یک روتر. این مسیریابی بر اساس آدرس‌های IP (Internet Protocol) انجام می‌شود.
نحوه عملکرد: سوئیچ لایه 3 می‌تواند آدرس‌های IP و جداول مسیریابی (Routing Tables) را درک کند. این قابلیت به آن اجازه می‌دهد تا ترافیک را بین زیرشبکه‌ها (Subnets) یا VLANهای مختلف مسیریابی کند. برخلاف روترهای سنتی که عمدتاً بر پایه نرم‌افزار عمل می‌کنند، سوئیچ‌های لایه 3 از سخت‌افزار اختصاصی (ASIC) برای انجام مسیریابی استفاده می‌کنند که منجر به سرعت بسیار بالاتر در پردازش و فورواردینگ بسته‌ها می‌شود.
کاربردها:
- مسیریابی بین VLANها (Inter-VLAN Routing): مهم‌ترین کاربرد سوئیچ لایه 3 است. در شبکه‌هایی که از VLANهای متعدد استفاده می‌شود (مثلاً دپارتمان‌های مختلف یک سازمان)، سوئیچ لایه 3 نیاز به روترهای فیزیکی جداگانه برای ارتباط بین این VLANها را از بین می‌برد.
- لایه توزیع (Distribution Layer): در طراحی شبکه‌های بزرگ سه لایه (Core, Distribution, Access)، سوئیچ‌های لایه 3 اغلب در لایه توزیع قرار می‌گیرند تا مسیریابی سریع بین VLANها و تجمیع ترافیک از سوئیچ‌های لایه 2 را انجام دهند.
- شبکه‌های بزرگ و پر ترافیک: برای شبکه‌هایی با حجم ترافیک بالا که نیاز به مسیریابی داخلی سریع و کارآمد دارند.
- پشتیبانی از پروتکل‌های مسیریابی: می‌توانند از پروتکل‌های مسیریابی پویا (مانند OSPF، RIP، EIGRP) پشتیبانی کنند که به آن‌ها امکان می‌دهد به صورت خودکار مسیرهای بهینه را برای ارسال داده‌ها پیدا کنند.
مزایا:
- سرعت مسیریابی بالا: به دلیل پردازش مبتنی بر سخت‌افزار، بسیار سریع‌تر از روترهای نرم‌افزاری عمل می‌کنند.
- کاهش پیچیدگی شبکه: با ترکیب قابلیت‌های سوئیچ و روتر، نیاز به دستگاه‌های جداگانه را کاهش می‌دهد.
- بهبود عملکرد شبکه: با انجام مسیریابی در لایه توزیع یا دسترسی، ترافیک بین VLANها را بدون نیاز به ارسال به روتر مرکزی، سریع‌تر منتقل می‌کند.
- مقیاس‌پذیری: برای رشد شبکه‌های بزرگ با افزایش تعداد زیرشبکه‌ها مناسب هستند.
بررسی تفاوت سوئیچ لایه 2 و سوئیچ لایه 3
تفاوت‌های اصلی بین سوئیچ لایه 2 (Layer 2 Switch) و سوئیچ لایه 3 (Layer 3 Switch) را می‌توان به صورت زیر لیست کرد:
لایه عملکرد در مدل OSI:
- سوئیچ لایه 2: در لایه 2 (Data Link Layer – لایه پیوند داده) مدل OSI عمل می‌کند.
- سوئیچ لایه 3: هم در لایه 2 و هم در لایه 3 (Network Layer – لایه شبکه) مدل OSI عمل می‌کند.
مکانیزم فورواردینگ (Forwarding Mechanism):
- سوئیچ لایه 2: بسته‌های داده (که در این لایه “فریم” نامیده می‌شوند) را بر اساس آدرس‌های MAC (Media Access Control) مقصد هدایت می‌کند. این کار را با استفاده از جدول آدرس MAC خود انجام می‌دهد.
- سوئیچ لایه 3: علاوه بر آدرس‌های MAC، بسته‌های داده (که در این لایه “پکت” نامیده می‌شوند) را بر اساس آدرس‌های IP (Internet Protocol) مقصد مسیریابی می‌کند. این کار را با استفاده از جداول مسیریابی (Routing Tables) خود انجام می‌دهد.
قابلیت مسیریابی (Routing Capability):
- سوئیچ لایه 2: نمی‌تواند ترافیک را بین زیرشبکه‌ها (Subnets) یا VLANهای مختلف مسیریابی کند. برای ارتباط بین VLANها به یک روتر یا سوئیچ لایه 3 جداگانه نیاز دارد.
- سوئیچ لایه 3: می‌تواند ترافیک را بین زیرشبکه‌ها/VLANهای مختلف مسیریابی کند (که به آن Inter-VLAN Routing گفته می‌شود)، دقیقاً مانند یک روتر.
Broadcast Domain (دامنه Broadcast):
- سوئیچ لایه 2: در یک Broadcast Domain واحد عمل می‌کند. تمام دستگاه‌های متصل به یک سوئیچ لایه 2 (در یک VLAN) در یک Broadcast Domain قرار دارند.
- سوئیچ لایه 3: می‌تواند با انجام مسیریابی بین VLANها، Broadcast Domainهای متعددی را ایجاد و مدیریت کند.
واحدهای داده پردازش شده:
- سوئیچ لایه 2: فریم‌های اترنت (Frames).
- سوئیچ لایه 3: بسته‌های IP (Packets).
پیچیدگی و هزینه:
- سوئیچ لایه 2: ساده‌تر در پیکربندی و مدیریت هستند و عموماً ارزان‌تر هستند.
- سوئیچ لایه 3: پیچیده‌تر در پیکربندی و مدیریت هستند و عموماً گران‌تر هستند، زیرا قابلیت‌های مسیریابی و پردازش بیشتری دارند.
کاربرد اصلی:
- سوئیچ لایه 2: مناسب برای اتصال دستگاه‌ها در یک شبکه محلی (LAN) واحد یا یک VLAN، عمدتاً در لایه دسترسی (Access Layer) یک شبکه.
- سوئیچ لایه 3: مناسب برای مسیریابی سریع بین VLANها در شبکه‌های بزرگ، تجمیع ترافیک از سوئیچ‌های دسترسی، و عمل کردن در لایه توزیع (Distribution Layer) شبکه‌های بزرگ.
پشتیبانی از پروتکل‌های مسیریابی:
- سوئیچ لایه 2: از پروتکل‌های مسیریابی پشتیبانی نمی‌کند.
- سوئیچ لایه 3: می‌تواند از پروتکل‌های مسیریابی پویا مانند OSPF، RIP، EIGRP و BGP پشتیبانی کند.
نتیجه‌گیری
انتخاب بین سوئیچ لایه 2 و لایه 3 به اندازه و پیچیدگی شبکه، نیازهای امنیتی و عملکردی، و بودجه شما بستگی دارد.
- برای شبکه‌های کوچک و ساده که عمدتاً در یک زیرشبکه واحد فعالیت می‌کنند و نیاز به مسیریابی بین بخش‌های مختلف ندارند (مانند یک دفتر کوچک یا شبکه خانگی بزرگ)، سوئیچ لایه 2 گزینه‌ای مقرون‌به‌صرفه و کافی است.
- برای شبکه‌های بزرگ‌تر، پیچیده‌تر یا شبکه‌های سازمانی که از چندین VLAN استفاده می‌کنند و نیاز به مسیریابی سریع و کارآمد بین آن‌ها دارند، سوئیچ لایه 3 ضروری است. این سوئیچ‌ها با ترکیب قابلیت‌های سوئیچینگ و مسیریابی، عملکرد شبکه را بهبود بخشیده و مدیریت را ساده‌تر می‌کنند.
در عمل، بسیاری از شبکه‌های مدرن از ترکیبی از هر دو نوع سوئیچ استفاده می‌کنند: سوئیچ‌های لایه 2 در لایه دسترسی (Access Layer) برای اتصال دستگاه‌های نهایی و سوئیچ‌های لایه 3 در لایه توزیع (Distribution Layer) برای مسیریابی بین VLANها و اتصال به روترهای اصلی.
