レイヤ3の概要

L3の提案

レイヤ2スイッチングテクノロジーはイーサネットのパフォーマンスを大幅に向上させますが、それでもローカルエリアネットワークのニーズを完全に満たすことはできません。ブロードキャストおよびローカルトラフィックを特定の範囲に制限するために、スイッチドイーサネットは論理サブネット（VLAN）を分割する方法を採用しています。 ; VLAN間の相互通信は、従来はルーターで行う必要がありましたが、ルーターは構成が複雑で高価であり、転送速度がネットワークのボトルネックになりがちです。新しい20/80ルールの台頭により、トラフィックの80％が必要になります。 VLANを越えて、ルーターは圧倒されます。同時に、従来のルーターのポートは比較的少なく、大規模ネットワークの要件を満たすことができません。

上記の問題を解決するために、レイヤ3スイッチが登場しました。レイヤ3スイッチは、基本的に「ルーティング機能を備えたレイヤ2スイッチ」です。ルーティングはOSI参照モデルのレイヤ3ネットワーク層の機能であるため、レイヤ3ルーティング機能を備えたスイッチは「レイヤ3スイッチ」と呼ばれます。

レイヤ3スイッチの内部構造については，

論理的には、レイヤ3スイッチングとルーティングは同等であり、レイヤ3スイッチングのプロセスはIPパケットをルーティングするプロセスです。転送操作におけるレイヤ3スイッチとルーターの主な違いは、実装方法にあります。

 

1）レイヤ3スイッチは、ハードウェアを介したルックアップと転送を実装します

2）従来のルーターは、マイクロプロセッサーで実行されているソフトウェアを介して検索と転送を実装します

3）レイヤ3スイッチの転送ルーティングテーブルはルーターと同じであり、ルーティングプロトコルを介して確立および維持するためのソフトウェアが必要です。ローカルエリアネットワークにレイヤ3スイッチングを導入すると、従来のルーターをより経済的に置き換えることができます。 。

L3の基本機能

レイヤ3スイッチには、従来のルーターと同じ機能があります。IPアドレスに基づいてルートを選択し、レイヤ3チェックサムを実行し、存続可能時間（TTL）を使用し、ルーティングテーブルを更新および維持します。

2つの最大の違い：レイヤ3スイッチングはパケット転送にASICハードウェアを使用しますが、従来のルーターはパケット転送にCPUを使用します。

 

従来のルーターのレイヤ3スイッチングと比較すると、ハードウェアベースのパケット転送、高い転送効率、低遅延、低コストという利点があります。

レイヤ3スイッチは本質的に特別なルーターであり、強力なスイッチング機能と低価格を備えたルーターです。

レイヤ3スイッチには、レイヤ2VLAN転送エンジンとレイヤ3転送エンジンの2つの部分があります。レイヤ2VLANエンジンは、VLANをサポートするレイヤ2スイッチのレイヤ2転送エンジンと同じであり、ハードウェアを使用します。複数のVLANをサポートするために、レイヤ2フォワーディングでは、レイヤ3フォワーディングエンジンはハードウェアASICテクノロジーを使用して、IPネットワークモデルに対応する高速IPフォワーディングを実現し、各VLANはIPネットワークセグメントに対応し、レイヤ3フォワーディングエンジンはレイヤ3スイッチは各ネットワークセグメント（VLAN）にあるため、レイヤ3スイッチのルーティング機能は通常VLAN間ルーティング（VLAN間ルーティング）と呼ばれます。

 

L3転送

1IPネットワークルール

 

同じネットワークセグメント内の通信は、レイヤ2機能を介して完了します。ホストがピアホストと通信するとき、ホストは、自身のIPアドレスとサブネットマスクに従って、相手がシステムネットワークセグメントにあるかどうかを判断します。判断された場合同じネットワークセグメント内にあるためには、相手のMACアドレスがARPを介して直接検索され、相手のMACアドレスがイーサネットフレームヘッダーの宛先MACアドレスフィールドに入力されます。

異なるネットワークセグメント上のホストが通信するときに、相手が異なるネットワークセグメントにいることをホストが検出すると、ホストは自動的にゲートウェイを使用して通信します（ホストは、相手のホストのMACアドレスの代わりに、通信の反対側はローカルホストではありません）イーサネットフレームヘッダーの宛先MACアドレスフィールドに入力します。

レイヤ3スイッチは、レイヤ2またはレイヤ3スイッチングを選択します

スイッチは、イーサネットフレームの宛先MACアドレスフィールドのアドレスに応じて、レイヤ2転送とレイヤ3転送のどちらを実行するかを判断します。VLANに指定されたルーティングインターフェイスのMACアドレスの場合、レイヤ3転送を実行します。それ以外の場合は、VLAN内のレイヤ3に転送されます。

レイヤ2転送が実行されます。

レイヤ3スイッチングプロセス

1）宛先MACを確認します。これはルーティングポートのMACアドレスです。

2）宛先IPアドレスを確認します。これは、このVLANのルーティングポートのIPとは異なります。

3）ソースMACを変更します

4）宛先MACを変更します

5）VLANIDを変更します

6）送信