«Но это же в любом учебнике по сетям написано!» — возмутится нетерпеливый читатель.

Однако, не нужно спешить с выводами. Написано по этому поводу много, но, к сожалению, далеко не всегда понятным языком. Вот и рождаются вредные мифы.

Поэтому не всегда в точности понятно, когда и куда какое устройство приспособить. Представьте, звонит сисадмину начальник ИТ отдела и требует быстро подобрать в запас «очень бюджетный коммутатор, и чтобы все основные функции закрывал, пока деньги не перехватили и настроение у директора хорошее».

И начинает наш герой ломать голову: взять L3, чтобы «на все случаи жизни», но он дорогой или взять подешевле — L2, а вдруг прогадаешь… Да ещё этот L2+ непонятно что за промежуточный уровень...

Подобные сомнения иногда обуревают даже опытных специалистов, когда встаёт вопрос выбора устройств при жёстком лимите бюджета.

Для начала опровергнем основные мифы

Коммутатор L3 имеет большую пропускную способность чем L2?

Такой взаимосвязи нет. Всё зависит от аппаратного и программного обеспечения (firmware), размещённых портов (интерфейсов), поддержки соответствующих стандартов.

Разумеется, связь с использованием коммутатора уровня L3 через сетевой интерфейс 1Gb/s будет медленнее, чем с использованием коммутатора L2 через 10 Gb/s.

Возможно, этот миф связан с тем, что коммутаторы L3 поддерживают больше функций, что находит отражение в аппаратном обеспечении: быстрее процессор, больше памяти, нежели чем у коммутаторов L2 того же поколения. Но, во-первых, иногда коммутаторы L2 тоже выпускаются на базе мощных контроллеров, позволяющих быстро обрабатывать служебные данные и пересылать кадры Ethernet, во-вторых, даже усиленному «железу» коммутатора L3 есть чем заняться: управлять VLAN, анализировать ACL на основе IP и так далее. Поэтому если судить по загрузке, однозначно ответить на вопрос: «Какой коммутатор «мощнее»?» — не получится.

Коммутаторы L3 — более современные, а L2 — уже вчерашний день?

Это вовсе не так. На сегодняшний день выпускаются как коммутаторы L2, так и коммутаторы L3. Коммутаторов уровня L2 выпускается достаточно много, потому что работать им приходится чаще всего на уровне доступа (пользователей), где и портов, и коммутаторов требуется значительно больше.

Немного теории в вопросах и ответах

Откуда взялись эти названия L2, L3?

Из 7 уровней модели OSI.

Коммутатор L2 работает на втором, канальном уровне.

Коммутатор L3 работает как на втором, так и на третьем уровне.

Примечание. Сетевая модель OSI (The Open Systems Interconnection model) определяет различные уровни взаимодействия систем. При таком разбиении каждому уровню отводится своя роль и назначены определённые функции для взаимодействия по сети.

Таблица 1. Уровни модели OSI ISO

А просто, понятно и в двух словах?

В самом простом случае коммутатор служит для связи нескольких устройств локальной сети (LAN). Этими устройствами могут быть, например, отдельные компьютеры или другие коммутаторы.

Именно так работает коммутатор L2 — на уровне Ethernet: анализирует аппаратные MAC адреса, заносит их в таблицу коммутации и согласно этой таблице перераспределяет трафик.

Коммутатор L3 тоже может анализировать пакеты по MAC адресам и перенаправлять кадры между подключёнными устройствами, но, помимо пересылки Ethernet кадров, он умеет перенаправлять трафик, основываясь на анализе IP адресов и выполнять функции внутреннего маршрутизатора.

А подробней?

Коммутатор L2 обрабатывает и регистрирует MAC адреса фреймов, осуществляет физическую адресацию и управления потоком данных. Некоторые дополнительные функции: VLAN, QoS поддерживаются только на уровне, необходимом для передачи параметров или для участия в общей схеме сети. Например, на коммутаторе L2 можно прописать несколько VLAN, но нельзя настроить полноценную маршрутизацию между ними, для этого уже нужен коммутатор L3. Проще говоря, коммутатор уровня L2 обеспечивает некоторые дополнительные функции, но не управляет ими в масштабе сети.

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

Разумеется, никому в голову не придёт строить внешнюю разветвлённую сеть с BGP маршрутизацией на базе коммутаторов. Однако для внутренней маршрутизации в пределах локальной сети такой вариант вполне подходит. Мало того, это позволяет экономить на приобретении дополнительных устройств (маршрутизаторов), использовать универсальный подход к организации сети.

Из-за поддержки многих функций коммутатор уровня L3 имеют более сложную внутреннюю конфигурацию и, соответственно, стоят дороже. Иногда пользователь встаёт перед выбором: купить более простой и бюджетный вариант с Layer 2 или более дорогой и «продвинутый» Layer 3.

А что за «дополнительные» уровни: «доступа», «агрегации», «ядра»?

Помимо уровней модели OSI: Layer 2, Layer 3, в литературе часто упоминаются «уровень доступа», «уровень агрегации», «уровень ядра сети».

Подробней об этом мы писали в статье «Построение сетевой инфраструктуры на базе Nebula. Часть 2 — пример сети»

Если описать кратко:

• Уровень доступа — группа коммутаторов, основной задачей которых является подключения пользователей к сети.
• Уровень агрегации (или уровень распределения) — следующая группа, которая объединяет коммутаторы уровня доступа, позволяет выполнить настройки управления и маршрутизации и делегирует Uplink на более высокий уровень — уровень ядра сети.
• Уровень ядра сети — центральный узел, который объединяет все ветви коммутаторов уровня агрегации с подключёнными коммутаторами уровня доступа в единую сеть.

Если сравнивать с древовидной структурой, то ядро сети — это ствол, уровень агрегации/распределения — это крупные ветви, коммутаторы уровня доступа — мелкие веточки, а компьютеры пользователей — это листья.

Рисунок 1. Уровни построения локальной сети.

Коммутаторы, которые служат для объединения других коммутаторов в единую сеть, называют коммутаторы уровня агрегации (или коммутаторы уровня распределения).

Если же говорить про уровень ядра сети, то для него существуют свои мощные коммутаторы, основная задача которых максимально быстро передавать трафик. Функции управления при этом довольно часто делегируется на уровень агрегации.

Есть ли связь между понятиями уровней L2 и L3 с уровнем доступа и уровнем агрегации? Традиционно считается, что для уровня доступа лучше подходят коммутаторы L2 (в первую очередь из-за более низкой цены, а для уровня агрегации лучше выбирать L3 ради повышенной функциональности.

Чем хорош такой подход? Устанавливать более функциональные и дорогие коммутаторы уровня L3 на уровне доступа может быть неоправданным шагом, если их функции маршрутизации и контроля не будут востребованы. А этих же функций будет недоставать более простым коммутаторам L2 на уровне агрегации (распределения).

Теория — это отлично, но начальник требует побыстрее подобрать подходящий коммутатор...

Если есть сомнения какой уровень коммутатора выбрать: уровня 2 или уровня 3, во главу угла нужно ставить вопрос, где его предполагается использовать. Если в наличии только небольшая сеть, позволяющая всем работать в единственном широковещательном домене, можно остановить свой выбор на одном или двух коммутаторах L2.

Второй случай, где коммутаторы второго уровня хорошо себя чувствуют — уровень доступа, то есть там, где компьютеры пользователей подключаются к локальной сети.

Если необходим коммутатор для объединения (агрегирования) нескольких простых коммутаторов доступа пользователей — для этой роли лучше подходит коммутатор уровня 3. Помимо объединения в сеть, он может выполнять маршрутизацию между VLAN, управлять прохождением трафика при помощи ACL (Access Control List), обеспечивать заданный уровень ширины пропускания (QoS) и так далее.

Ещё одна область, где коммутаторы L3 часто бывают востребованы — если необходимо обеспечить повышенные требования к безопасности, например, более гибкое разграничение доступа. Некоторые функции, доступные для этого уровня, например, управление трафиком на уровне IP адресов, будут неосуществимы стандартными средства уровня L2.

Чем отличаются коммутаторы L2 и L2+

L2+ — это коммутатор второго уровня с добавленными функциями. Например, может быть добавлена поддержка статической маршрутизации, физического объединения в стек нескольких коммутаторов для отказоустойчивости, дополнительные функции безопасности и так далее.

Примечание. В сравнительной таблице, приводимой в конце статьи, можно видеть, что уровни L2 и L2+ могут различаться на одну-две функции. Однако даже такая небольшая деталь может оказаться критичной, например, для вопросов отказоустойчивости или безопасности.

От слова к делу! Сравним разные коммутаторы на примере

Для наглядности выберем три модели примерно одного уровня. Понятно, что коммутаторы L2, L2+ и L3 здорово отличаются по функциям. Поэтому приходится использовать общие признаки. Например, сравнивать коммутаторы на 5 и 50 портов (включая Uplink) будет некорректно.

В итоге мы выбрали три коммутатора:

• L3 — XGS4600-32;
• L2+ — XGS2210-28;
• L2 — GS2220-28.

Обратите внимание, что внешне устройств довольно похожи, чего не скажешь об их возможностях и предполагаемых ролях. Для наглядности ниже приводим небольшой фрагмент сравнительной таблицы функций.

А функций у этих моделей коммутаторов очень много. Чтобы не пытаться объять необъятное, мы выбрали наиболее очевидные функциональные области: управление трафиком, безопасность и маршрутизация. Другие группы опций тоже отличаются, но не так очевидно.

Zyxel XGS4600-32 — коммутатор Layer 3

• Имеет 24 гигабитных порта под витую пару, 4 порта Combo (SFP/RJ-45) и четыре интегрированных 10-Gigabit SFP+
• Поддерживает объединение в физический стек с использованием одного или двух слотов 10-Gigabit SFP+.
• Поддерживает и статическую, и динамическую маршрутизацию.
• Имеет два отдельных разъёма подключения питания.

Рисунок 2. Коммутатор Zyxel XGS4600-32 — коммутатор Layer 3.

Zyxel XGS2210 — коммутатор Layer 2+

Одно из предназначений — создание сети для передачи трафика VoIP, видеоконференций, IPTV и IP-камер видеонаблюдения наблюдения и управление трафиком современных конвергентных приложений.

Поддерживает объединение в физический стек с помощью двух портов 10-Gigabit SFP+.

Поддерживает PoE (стандарты IEEE 802.3af PoE и 802.3at PoE Plus) до 30Ватт на порт для питания устройств с большей потребляемой мощностью, например, это могут быть точки доступа 802.11ac и IP-видеотелефоны.

В данной модели присутствуют дополнительные средства поддержки безопасности, например, IP source guard, DHCP snooping и ARP inspection, механизмы фильтрации L2, L3 и L4, функцию MAC freeze, изоляцию портов и создание гостевой VLAN.

Добавлены элементы статической маршрутизации IPv4/v6 и назначение DHCP relay с конкретным IP интерфейсом отправителя.

Рисунок 3. Zyxel XGS2210 — коммутатор Layer 2+

Zyxel GS2220 — коммутатор Layer 2

Интересно, что серия GS2220 — это гибридные коммутаторы с доступными вариантами управления: через облако Zyxel Nebula, через локальное подключение, плюс поддержка SNMP.

Из интересных функций можно выделить L2 multicast, IGMP snooping, Multicast VLAN Registration (MVR).
Данная модель неплохо подходит и для обеспечения сетевой среды VoIP, видеоконференций и IPTV.

Рисунок 4. Zyxel GS2220 — коммутатор Layer 2.

Это интересно

Компания Zyxel Networks сообщила о поддержке своих коммутаторов в специализированном режиме Networked AV (созданного совместно с компанией ATEN), позволяющего облегчить внедрение AV-систем на базе коммутаторов и повысить эффективность их использования.

Стоит отметить специальную программу — мастер настройки. Она специально разработана для удобного управления функциями, которые часто используются при настройке сетей потоковой передачи аудио/видео.

Также появилась новая консоль Networked AV dashboard для контроля основных параметров: данные о портах, расход электроэнергии, и другая информация, благодаря которой можно сразу проверить текущее состояние сети и настроить коммутатор.

Для гигабитных управляемых коммутаторов второго уровня серии GS2220 режим Networked AV доступен с сентября 2020 года (нужно обновить микропрограмму до версии v4.70 или более поздней). Для коммутаторов серии XGS2210 доступ ожидается до конца 2020 года.

Таблица 2. Сравнение коммутаторов XGS4600-32 (L3), XGS2210-28 (L2+) и GS2220-28 (L2).

* Функции, доступные также в облачном режиме управления.

Небольшие итоги

Каждая вещь хороша на своём месте (спасибо, капитан Очевидность).

Нет смысла переплачивать за более высокий уровень коммутатора только потому, что он кажется круче. В то же время скупой платит дважды, и нехватка критической функции может потребовать дополнительных расходов в виде замены коммутатора.

В некоторых случаях выручают коммутаторы L2+ как компромиссный вариант. Функции, которых нет в L2, но есть в L2+ — могут быть весьма полезны и способны вывести сетевую инфраструктуру на новый уровень отказоустойчивости и безопасности

Полезные ссылки

1. Telegram chat Zyxel
2. Форум по оборудованию Zyxel
3. Много полезного видео на канале Youtube
4. Коммутаторы Zyxel L3 серии XGS4600
5. Коммутаторы Zyxel L2+ серии XGS2210
6. Коммутаторы Zyxel L2 серии GS2220
7. Построение сетевой инфраструктуры на базе Nebula. Часть 1 — задачи и решения
8. Построение сетевой инфраструктуры на базе Nebula. Часть 2 — пример сети