Commutateur de couche 2 vs commutateur de couche 3, quelle est la différence ?

Les commutateurs de couche 2 sont omniprésents pour connecter les périphériques réseau et clients. Cependant, l’évolution des applications réseau modernes et des mises en œuvre de réseaux convergés a entraîné l’adoption généralisée des commutateurs de couche 3 dans les réseaux d’entreprise complexes, les centres de données et les applications professionnelles. Cet article vise à présenter la distinction entre les commutateurs de couche 2 et de couche 3, et à fournir des informations pour choisir le commutateur réseau optimal.

Qu’est-ce que le modèle OSI ?

Le modèle d’interconnexion des systèmes ouverts (OSI) sert de modèle de référence utilisé pour définir et expliquer les communications réseau. Il comprend sept couches distinctes, notamment la couche application, la couche présentation, la couche session, la couche transport, la couche réseau, la couche liaison de données et la couche physique. Les modèles OSI de couche 2 et de couche 3 se rapportent respectivement aux couches liaison de données et réseau. Conformément aux directives du modèle OSI, les commutateurs qui fonctionnent dans ces couches respectives sont identifiés comme des commutateurs de couche 2 et des commutateurs de couche 3.

Qu'est-ce qu'un commutateur de couche 2 ?

Les commutateurs de couche 2 fonctionnent au niveau de la couche liaison de données du modèle OSI et utilisent des périphériques réseau pour déterminer la destination des trames via les adresses de contrôle d’accès au support (MAC). La fonction principale des commutateurs et des ponts est de faciliter la commutation de couche 2, qui implique la division d’un grand domaine de collision en plusieurs domaines de conflit plus petits.

Le domaine de collision désigne le segment spécifique d’un réseau où des collisions de paquets de données peuvent se produire. Ces collisions surviennent lorsque deux appareils réseau ou plus au sein d’un segment de réseau commun tentent de transmettre des paquets de données simultanément. En conséquence de la collision, les appareils concernés doivent retransmettre leurs paquets, ce qui entraîne une baisse de l’efficacité de la transmission réseau.

Dans un réseau local (LAN), les appareils sont interconnectés via un appareil central, communément appelé concentrateur. Cependant, les concentrateurs présentent des inconvénients importants, tels que leur incapacité à gérer le flux de trafic, et créent de grands domaines de collision. Pour surmonter ce problème, des ponts ont été introduits, qui segmentent efficacement les domaines de collision. Néanmoins, les ponts sont limités en termes de nombre de ports, ce qui les rend inefficaces pour les réseaux plus grands. En revanche, les commutateurs sont largement utilisés en raison de leur capacité à inspecter le trafic entrant et à déterminer son chemin de transfert optimal. De plus, les commutateurs fournissent plusieurs domaines de collision indépendants via leurs ports, éliminant ainsi la possibilité de collisions.

La fonction du commutateur de couche 2

Un commutateur de couche 2 remplit les fonctions suivantes :

Apprentissage des adresses MAC: Le commutateur apprend l’adresse MAC de l’appareil connecté à chaque port en analysant l’adresse source des trames reçues sur ce port.

Transfert de messages : Le commutateur transfère les trames selon deux modes : Unicast (dirigé vers une destination spécifique) et Unknown Unicast (diffusion vers tous les ports sauf la source). Cette opération est réalisée à l’aide de circuits intégrés spécialisés à application spécifique (ASIC).

Filtrage : Le commutateur filtre les trames et les transfère uniquement vers le port du commutateur où l’adresse MAC a été précédemment apprise, réduisant ainsi la congestion du réseau.

Spanning Tree Protocol (STP) : Le commutateur utilise STP pour empêcher les boucles réseau en identifiant et en désactivant les liaisons redondantes.

Pontage transparent : Le commutateur agit comme un pont transparent, transférant les trames entre les segments connectés d’un LAN.

VLANs : Le commutateur peut créer des domaines de diffusion plus petits et logiquement indépendants appelés réseaux locaux virtuels (VLAN), ce qui peut améliorer la sécurité et les performances du réseau en segmentant le réseau en domaines de diffusion plus petits.

Les avantages du commutateur de couche 2

Il existe plusieurs raisons convaincantes d’utiliser un commutateur de couche 2 au sein d’un réseau local (LAN). Les principaux avantages des commutateurs de couche 2 comprennent :

1. Plus rapide que les routeurs

2. Pontage basé sur le matériel

3. Faible coût

4. Faible latence

5. Débit filaire

Qu’est-ce que la commutation de couche 3 ?

La principale différence entre les commutateurs de couche 2 et de couche 3 réside dans leurs fonctionnalités de routage. Alors qu’un commutateur de couche 3 comprend toutes les fonctions d’un commutateur de couche 2, il possède en outre des capacités de routage statique et dynamique. Les commutateurs de couche 3 sont capables d’évaluer les paquets entrants et d’établir des décisions de routage en fonction des adresses source et de destination de ces paquets, en intégrant à la fois les fonctions de commutateur et de routeur.

La fonction du commutateur de couche 3

Les commutateurs de couche 3 sont utilisés dans les couches liaison de données et réseau du modèle OSI, et, en plus des fonctions de commutation de couche 2 mentionnées ci-dessus, des fonctions de routage peuvent également être mises en œuvre sous l’une des deux formes suivantes :

Les commutateurs cut-through utilisent une technique de commutation qui ne prend en compte que le premier résumé de paquet afin de déterminer l’adresse IP. Ensuite, les paquets restants sont dirigés vers l’adresse MAC, ce qui se traduit par un débit de données plus élevé. 

Les commutateurs couche 3 paquet par paquet (PPL3) examinent chaque paquet d’une séquence afin de déterminer l’adresse IP. Le commutateur PPL3 possède une fonction de routage matérielle intégrée, permettant son utilisation comme routeur haut débit. De plus, les commutateurs PPL3 peuvent exécuter d’autres fonctions standard de routeur telles que :

1. Vérification de l’intégrité des paquets à l’aide de sommes de contrôle

2. Mise à jour de la durée de vie (TTL) des paquets après chaque saut

3. Gestion de toutes les informations facultatives dans les en-têtes de paquets.

Les avantages du commutateur de couche 3

Les principaux avantages des switches de couche 3 incluent :

1. Active le routage VLAN

2. Améliore l’isolation des pannes

3. Simplifie la gestion de la sécurité

4. Réduit le trafic de diffusion

5. Facilite la configuration en éliminant le besoin d’un routeur séparé entre les VLAN

6. Améliore la ségrégation du trafic grâce aux tables de routage

7. Simplifie le dépannage

8. Réduit la latence du réseau

La différence entre un commutateur de couche 2 et de couche 3

La distinction fondamentale entre les commutateurs de couche 2 et de couche 3 réside dans la différence des fonctions de routage. Les commutateurs de couche 2 utilisent les adresses MAC et ne tiennent pas compte des adresses IP ni d'autres éléments de niveau supérieur. À l'inverse, les commutateurs de couche 3 sont équipés de capacités de routage statique et dynamique supplémentaires, en plus de toutes les fonctionnalités d'un commutateur de couche 2. Les commutateurs de couche 3 possèdent à la fois des tables d'adresses MAC et de routage IP, facilitant la communication intra-VLAN et le routage des paquets entre des VLAN différents. En outre, des commutateurs de couche 2+ (Layer 3 Lite) sont devenus disponibles, n'introduisant que le routage statique par rapport aux commutateurs de couche 2. Outre le routage des paquets, les commutateurs de couche 3 offrent également des fonctionnalités avancées qui nécessitent des informations sur l'adresse IP des données entrant dans le commutateur, telles que le marquage du trafic VLAN basé sur l'adresse IP, plutôt que la configuration manuelle des ports. Les commutateurs de couche 3 offrent également une puissance et une sécurité supérieures par rapport aux commutateurs de couche 2.

Déterminer le commutateur approprié pour votre entreprise implique une évaluation approfondie de l’environnement réseau dans lequel il sera utilisé. Dans le cas où les commutateurs seront employés dans un domaine réseau de couche 2, opter pour un commutateur de couche 2 est suffisant. Un commutateur de couche 2 pur est utilisé au niveau de la couche d’accès d’une topologie réseau, où il connecte les hôtes. À l’inverse, si l’objectif est de consolider l’accès et de configurer des routes inter-VLAN grâce à l’intégration de plusieurs commutateurs, un commutateur de couche 3 doit être sélectionné. Le réseau de couche 3 se situe au niveau de la couche de distribution de la topologie réseau.

Que devez-vous prendre en compte lorsque vous choisissez un commutateur L2 ou L3 ?

Lorsque vous choisissez de commander un commutateur L2 ou L3, vous devez prendre en compte ces paramètres clés afin de déterminer lequel est le plus adapté à votre environnement réseau : débit de transfert, bande passante du fond de panier, nombre de VLAN, mémoire des adresses MAC, latence, etc.

Le taux de transfert est la capacité de transfert du fond de panier. Lorsque la capacité de transfert est supérieure à la somme des débits de tous les ports, nous qualifions le fond de panier de non bloquant, et l’unité du taux de transfert est le paquet par seconde (pps). Voici la formule pour calculer le taux de transfert d’un switch.

Débit de transfert (pps) = nombre de ports 10Gbit/s * 14,880,950 pps + nombre de ports 1 Gbit/s * 1,488,095 pps + nombre de ports 100Mbit/s * 148,809 pps

Un autre paramètre plus important est la bande passante du fond de panier, qui correspond à la somme des débits de tous les ports du commutateur. Notez que cette somme représente le double du débit de tous les ports, car elle doit inclure le sens Tx et le sens Rx. L'unité de la bande passante du fond de panier est le bit par seconde(bps ou bit/s).

Bande passante du fond de panier (bps) = nombre de ports * débit de données du port * 2

Trois autres paramètres importants sont le nombre de VLAN pouvant être configurés. En général, 1K=1024 VLAN suffisent pour les commutateurs de couche 2. Le nombre typique de VLAN pour les commutateurs de couche 3 est de 4k=4096. La mémoire de la table d’adresses MAC désigne le nombre d’adresses MAC qu’un commutateur peut conserver, généralement 8k ou 128k. Le délai désigne le temps de latence subi par le commutateur pour transmettre les données. Plus le temps de latence est court pour les utilisateurs, mieux c’est ; l’unité de délai est donc généralement la nanoseconde (ns).

Conclusion

Cet article présente les principales différences entre les commutateurs de couche 2 et les commutateurs de couche 3. Il présente également les fonctions et les avantages des commutateurs de couche 2 et de couche 3. Lorsque vous devez commander un commutateur, le plus cher n’est pas forcément le plus adapté pour vous. Vous devez prendre en compte les paramètres clés des commutateurs de couche 2 ou de couche 3 présentés précédemment ; il est plus important pour vous de choisir un commutateur adapté à votre application spécifique.