สวิตช์มัลติเลเยอร์ ( MLS ) เป็นอุปกรณ์เครือข่ายคอมพิวเตอร์ที่สลับบนเลเยอร์ OSI 2 เช่นเดียวกับ สวิตช์เครือข่ายทั่วไปและมีฟังก์ชันเพิ่มเติมบนเลเยอร์ OSI ที่สูงกว่า MLS ถูกคิดค้น^{[ 1 ]}โดยวิศวกรที่Digital Equipment Corporation

เทคโนโลยีการสวิตช์มีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบเครือข่ายเนื่องจากช่วยให้ส่งข้อมูลไปยังที่ที่จำเป็นเท่านั้นในกรณีส่วนใหญ่ โดยใช้วิธีการที่รวดเร็วและอาศัยฮาร์ดแวร์ การสวิตช์ใช้สวิตช์เครือข่ายหลายประเภท สวิตช์มาตรฐานเรียกว่าสวิตช์เลเยอร์ 2และพบได้ทั่วไปใน LAN เกือบทุกเครือข่าย สวิตช์ เลเยอร์ 3หรือเลเยอร์ 4ต้องการเทคโนโลยีขั้นสูง (ดูสวิตช์แบบจัดการ ) และมีราคาแพงกว่า ดังนั้นจึงมักพบได้เฉพาะใน LAN ขนาดใหญ่หรือในสภาพแวดล้อมเครือข่ายพิเศษเท่านั้น

การสวิตช์แบบหลายเลเยอร์รวมเทคโนโลยีการสวิตช์เลเยอร์ 2, 3 และ 4 เข้าด้วยกัน และให้ความสามารถในการปรับขนาดความเร็วสูงด้วยความหน่วงต่ำ การสวิตช์แบบหลายเลเยอร์สามารถเคลื่อนย้ายทราฟฟิกด้วยความเร็วสายและยังให้การกำหนดเส้นทางเลเยอร์ 3 อีกด้วย ไม่มีความแตกต่างด้านประสิทธิภาพระหว่างการส่งต่อที่เลเยอร์ต่างๆ เนื่องจากการกำหนดเส้นทางและการสวิตช์ทั้งหมดขึ้นอยู่กับฮาร์ดแวร์ – การตัดสินใจกำหนดเส้นทางทำโดยวงจรรวมเฉพาะแอปพลิเคชัน (ASIC) ด้วยความช่วยเหลือของหน่วยความจำที่สามารถระบุที่อยู่เนื้อหาได้^{[ 2 ]}

การสวิตช์แบบหลายเลเยอร์สามารถตัดสินใจเรื่องการกำหนดเส้นทางและการสวิตช์โดยพิจารณาจากสิ่งต่อไปนี้

• ที่อยู่ MACในเฟรมดาต้าลิงก์
• ฟิลด์โปรโตคอลในเฟรมลิงก์ข้อมูล
• ที่อยู่ IP ในส่วนหัวของเลเยอร์เครือข่าย
• ฟิลด์โปรโตคอลในส่วนหัวของเลเยอร์เครือข่าย
• หมายเลขพอร์ตในส่วนหัวของเลเยอร์การขนส่ง

MLS (Multilayer Switch) ใช้ ฮาร์ดแวร์ในการจัดการ คุณภาพบริการ (QoS ) สวิตช์แบบหลายเลเยอร์สามารถจัดลำดับความสำคัญของแพ็กเก็ตโดยใช้รหัสบริการที่แตกต่างกัน 6 บิต (DSCP) ซึ่งเดิมที 6 บิตนี้ใช้สำหรับระบุประเภทของบริการโดยปกติแล้ว MLS จะมีแผนที่การจับคู่ 4 แบบดังต่อไปนี้:

• จากเลเยอร์ OSI 2, 3 หรือ 4 ไปยัง IP DSCP (สำหรับแพ็กเก็ต IP) หรือIEEE 802.1p
• จาก IEEE 802.1p ไปยัง IP DSCP
• จาก IP DSCP ไปสู่ ​​IEEE 802.1p
• จาก VLAN IEEE 802.1p ไปยังคิวขาออกของพอร์ต

MLS ยังสามารถกำหนดเส้นทางทราฟฟิก IP ระหว่างVLAN ได้เช่นเดียวกับ เราเตอร์ทั่วไปการกำหนดเส้นทางมักจะรวดเร็วเท่ากับการสวิตช์ (ด้วยความเร็วระดับสายเคเบิล)

การสวิตช์ เลเยอร์ 2ใช้ที่อยู่ MAC ของ ตัวควบคุมอินเทอร์เฟซเครือข่าย (NIC) ของโฮสต์เพื่อตัดสินใจว่าจะส่งเฟรมไปที่ใด การสวิตช์เลเยอร์ 2 เป็นแบบฮาร์ดแวร์ ซึ่งหมายความว่าสวิตช์ใช้ ASIC ในการสร้างและบำรุงรักษาฐานข้อมูลการส่งต่อและเพื่อทำการส่งต่อแพ็กเก็ตด้วยความเร็วสูงสุด วิธีหนึ่งที่จะนึกถึงสวิตช์เลเยอร์ 2 ก็คือเปรียบเสมือนบริดจ์ แบบหลาย พอร์ต

การสวิตช์เลเยอร์ 2 มีประสิทธิภาพสูงเนื่องจากไม่จำเป็นต้องแก้ไขเฟรมใดๆ การห่อหุ้มแพ็กเก็ตจะเปลี่ยนแปลงก็ต่อเมื่อแพ็กเก็ตข้อมูลผ่านสื่อที่แตกต่างกัน (เช่น จากอีเธอร์เน็ตไปยัง FDDI) การสวิตช์เลเยอร์ 2 ใช้สำหรับการเชื่อมต่อเวิร์กกรุ๊ปและการแบ่งส่วนเครือข่าย (การแบ่งโดเมนการชน กัน ) ซึ่งช่วยให้การออกแบบเครือข่ายมีความแบนราบมากขึ้นและมีส่วนแบ่งเครือข่ายมากกว่าเครือข่ายแบบดั้งเดิมที่เชื่อมต่อกันด้วยรีพีเตอร์ฮับและเราเตอร์

สวิตช์เลเยอร์ 2 มีข้อจำกัดเช่นเดียวกับบริดจ์ บริดจ์จะแบ่งโดเมนการชนกันออกเป็นส่วนๆ แต่เครือข่ายยังคงเป็นโดเมนการกระจายสัญญาณ ขนาดใหญ่ ซึ่งอาจทำให้เกิดปัญหาด้านประสิทธิภาพและจำกัดขนาดของเครือข่าย การกระจายสัญญาณและการส่งแบบมัลติแคสต์ รวมถึงการบรรจบกันที่ช้าของสแปนนิ่งทรี อาจทำให้เกิดปัญหาใหญ่เมื่อเครือข่ายเติบโตขึ้น เนื่องจากปัญหาเหล่านี้ สวิตช์เลเยอร์ 2 จึงไม่สามารถทดแทนเราเตอร์ได้อย่างสมบูรณ์ บริดจ์เหมาะสมหากเครือข่ายถูกออกแบบตามกฎ 80/20 กล่าวคือ ผู้ใช้ใช้เวลา 80 เปอร์เซ็นต์บนเซ็กเมนต์ท้องถิ่นของตนเอง

สวิตช์เลเยอร์ 3 สามารถทำหน้าที่บางส่วนหรือทั้งหมดที่ปกติแล้วเราเตอร์ทำได้ อย่างไรก็ตาม สวิตช์เครือข่ายส่วนใหญ่จำกัดอยู่เพียงการรองรับเครือข่ายทางกายภาพประเภทเดียว โดยทั่วไปคืออีเธอร์เน็ต ในขณะที่เราเตอร์อาจรองรับเครือข่ายทางกายภาพหลายประเภทบนพอร์ตต่างๆ กัน

การสวิตช์เลเยอร์ 3 ขึ้นอยู่กับที่อยู่ IP (ปลายทาง) ที่เก็บไว้ในส่วนหัวของดาตาแกรม IP เท่านั้น (การสวิตช์เลเยอร์ 4 อาจใช้ข้อมูลอื่นในส่วนหัว) ความแตกต่างระหว่างสวิตช์เลเยอร์ 3 กับเราเตอร์คือวิธีการที่อุปกรณ์ทำการตัดสินใจในการกำหนดเส้นทาง โดยทั่วไป เราเตอร์จะใช้ไมโครโปรเซสเซอร์ในการตัดสินใจส่งต่อในซอฟต์แวร์ ในขณะที่สวิตช์จะทำการสวิตช์แพ็กเก็ตโดยใช้ฮาร์ดแวร์เท่านั้น (โดยใช้ ASIC เฉพาะทางด้วยความช่วยเหลือของหน่วยความจำที่สามารถระบุที่อยู่ตามเนื้อหาได้) ^{[ 2 ] [ 3 ]}อย่างไรก็ตาม ปัจจุบันเราเตอร์หลายตัวยังมีฟังก์ชันฮาร์ดแวร์ขั้นสูงเพื่อช่วยในการส่งต่อด้วย

ข้อได้เปรียบหลักของสวิตช์เลเยอร์ 3 คือศักยภาพในการลดความหน่วงของเครือข่ายเนื่องจากสามารถกำหนดเส้นทางแพ็กเก็ตได้โดยไม่ต้องผ่านเราเตอร์หลายขั้นตอน ตัวอย่างเช่น การเชื่อมต่อสองส่วนที่แตกต่างกัน (เช่นVLAN ) กับเราเตอร์โดยใช้สวิตช์เลเยอร์ 2 มาตรฐาน จะต้องส่งเฟรมไปยังสวิตช์ (ขั้นตอน L2 แรก) จากนั้นไปยังเราเตอร์ (ขั้นตอน L2 ที่สอง) ซึ่งแพ็กเก็ตภายในเฟรมจะถูกกำหนดเส้นทาง (ขั้นตอน L3) แล้วส่งกลับไปยังสวิตช์ (ขั้นตอน L2 ที่สาม) สวิตช์เลเยอร์ 3 ทำงานเดียวกันได้โดยไม่ต้องใช้เราเตอร์ (และขั้นตอนเพิ่มเติม) โดยการตัดสินใจกำหนดเส้นทางด้วยตัวเอง กล่าวคือ แพ็กเก็ตจะถูกส่งไปยังซับเน็ตอื่นและสลับไปยังพอร์ตเครือข่ายปลายทางพร้อมกัน

เนื่องจากสวิตช์เลเยอร์ 3 จำนวนมากมีฟังก์ชันการทำงานเหมือนกับเราเตอร์ทั่วไป จึงสามารถใช้ทดแทนเราเตอร์ที่มีราคาถูกกว่าและมีความหน่วงต่ำกว่าในบางเครือข่ายได้ สวิตช์เลเยอร์ 3 สามารถดำเนินการต่อไปนี้ได้ ซึ่งเราเตอร์ก็สามารถทำได้เช่นกัน:

• กำหนดเส้นทางโดยอิงตามการกำหนดแอดเดรสเชิงตรรกะ
• ตรวจสอบและคำนวณ ค่าตรวจสอบความถูกต้องของส่วนหัวเลเยอร์ 3 ใหม่
• ตรวจสอบและอัปเดต ฟิลด์ เวลาคงเหลือ (TTL)
• ดำเนินการและตอบสนองต่อข้อมูลตัวเลือกต่างๆ
• อัปเดต ข้อมูลให้กับตัวจัดการ Simple Network Management Protocol (SNMP) ด้วย ข้อมูล Management Information Base (MIB)

ข้อดีของการสวิตช์เลเยอร์ 3 ได้แก่:

• การส่งต่อแพ็กเก็ตด้วยฮาร์ดแวร์ที่รวดเร็วและมีความหน่วงต่ำ
• ต้นทุนต่อพอร์ตต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเราเตอร์ทั่วไป
• การบัญชีกระแสเงินสด
• คุณภาพของบริการ (QoS)

IEEE ได้พัฒนาระบบศัพท์เฉพาะแบบลำดับชั้นซึ่งมีประโยชน์ในการอธิบายกระบวนการส่งต่อและการสลับข้อมูล อุปกรณ์เครือข่ายที่ไม่มีความสามารถในการส่งต่อแพ็กเก็ตระหว่างเครือข่ายย่อยเรียกว่าระบบปลายทาง (ES, เอกพจน์ ES) ในขณะที่อุปกรณ์เครือข่ายที่มีความสามารถเหล่านี้เรียกว่าระบบระดับกลาง (IS) IS ยังแบ่งออกเป็น IS ที่สื่อสารเฉพาะภายในโดเมนการกำหนดเส้นทางของตน (IS ภายในโดเมน) และ IS ที่สื่อสารทั้งภายในและระหว่างโดเมนการกำหนดเส้นทาง (IS ระหว่างโดเมน) โดยทั่วไปแล้ว โดเมนการกำหนดเส้นทางถือเป็นส่วนหนึ่งของเครือข่ายอินเทอร์เน็ตภายใต้หน่วยงานบริหารเดียวกันและถูกควบคุมโดยชุดแนวทางการบริหารเฉพาะ โดเมนการกำหนดเส้นทางยังเรียกว่าระบบอิสระ

ความสามารถทั่วไปของเลเยอร์ 3 คือการรับรู้ถึงIP multicastผ่านIGMP snoopingด้วยความสามารถนี้ สวิตช์เลเยอร์ 3 สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้โดยการส่งข้อมูลของกลุ่ม multicast ไปยังพอร์ตเฉพาะที่อุปกรณ์ที่เชื่อมต่อได้ส่งสัญญาณว่าต้องการรับฟังกลุ่มนั้นเท่านั้น

สวิตช์เลเยอร์ 3 โดยทั่วไปรองรับการกำหนดเส้นทาง IPระหว่าง VLAN ที่กำหนดค่าไว้บนสวิตช์ สวิตช์เลเยอร์ 3 บางรุ่นรองรับโปรโตคอลการกำหนดเส้นทางที่เราเตอร์ใช้ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลเกี่ยวกับเส้นทางระหว่างเครือข่าย

การสวิตช์ระดับเลเยอร์ 4 หมายถึงเทคโนโลยีการสวิตช์ระดับเลเยอร์ 3 ที่ใช้ฮาร์ดแวร์ ซึ่งสามารถพิจารณาประเภทของทราฟฟิกเครือข่ายได้ด้วย (เช่น การแยกแยะระหว่างUDPและTCP ) การสวิตช์ระดับเลเยอร์ 4 ให้การตรวจสอบดาตาแกรมเพิ่มเติมโดยการอ่านหมายเลขพอร์ตที่พบในส่วนหัวของเลเยอร์การขนส่งเพื่อตัดสินใจในการกำหนดเส้นทาง (เช่น พอร์ตที่ใช้โดยHTTP , FTPและVoIP ) หมายเลขพอร์ตเหล่านี้พบได้ใน RFC 1700 และอ้างอิงถึงโปรโตคอล โปรแกรม หรือแอปพลิเคชันระดับบน

การใช้การสวิตช์ระดับเลเยอร์ 4 ช่วยให้ผู้ดูแลระบบเครือข่ายสามารถกำหนดค่าสวิตช์ระดับเลเยอร์ 4 เพื่อจัดลำดับความสำคัญของการรับส่งข้อมูลตามแอปพลิเคชันได้ นอกจากนี้ ข้อมูลระดับเลเยอร์ 4 ยังสามารถใช้เพื่อช่วยในการตัดสินใจเกี่ยวกับการกำหนดเส้นทางได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น รายการควบคุมการเข้าถึงแบบขยายสามารถกรองแพ็กเก็ตตามหมายเลขพอร์ตระดับเลเยอร์ 4 ได้ อีกตัวอย่างหนึ่งคือข้อมูลการบัญชีที่รวบรวมโดยมาตรฐานเปิดโดยใช้ sFlow

สวิตช์เลเยอร์ 4 สามารถใช้ข้อมูลในโปรโตคอลเลเยอร์การขนส่งเพื่อตัดสินใจในการส่งต่อ โดยหลักแล้วหมายถึงความสามารถในการใช้หมายเลขพอร์ตต้นทางและปลายทางในการสื่อสาร TCP และ UDP เพื่ออนุญาต บล็อก และจัดลำดับความสำคัญของการสื่อสาร^{[ 4 ]}

สวิตช์บางตัวสามารถใช้ข้อมูลแพ็กเก็ตได้ถึงเลเยอร์ 7 ของ OSI ซึ่งอาจเรียกว่าสวิตช์เลเยอร์ 4-7สวิตช์เนื้อหาสวิตช์บริการเนื้อหาสวิตช์เว็บ หรือสวิตช์แอปพลิเคชัน

สวิตช์เนื้อหาโดยทั่วไปใช้สำหรับการกระจายโหลดระหว่างกลุ่มเซิร์ฟเวอร์ การกระจายโหลดสามารถทำได้กับHTTP , HTTPS , VPNหรือทราฟฟิก TCP/IP ใดๆ ที่ใช้พอร์ตเฉพาะ การกระจายโหลดมักเกี่ยวข้องกับการแปลงที่อยู่เครือข่ายปลายทาง (NAT) เพื่อให้ไคลเอนต์ของบริการที่กระจายโหลดไม่ทราบอย่างชัดเจนว่าเซิร์ฟเวอร์ใดกำลังจัดการคำขอของตน สวิตช์เลเยอร์ 4–7 บางตัวสามารถทำการแปลงที่อยู่เครือข่าย (NAT) ด้วยความเร็วสูงสุด สวิตช์เนื้อหามักใช้เพื่อดำเนินการมาตรฐาน เช่น การเข้ารหัสและถอดรหัส SSLเพื่อลดภาระบนเซิร์ฟเวอร์ที่รับทราฟฟิก หรือเพื่อรวมศูนย์การจัดการใบรับรองดิจิทัลการสวิตช์เลเยอร์ 7 เป็นเทคโนโลยีที่ใช้ในเครือข่ายการส่งมอบเนื้อหา (CDN)

แอปพลิเคชันบางตัวต้องการให้คำขอซ้ำๆ จากไคลเอนต์ถูกส่งไปยังเซิร์ฟเวอร์แอปพลิเคชันเดียวกัน เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วไคลเอนต์จะไม่ทราบว่าได้ติดต่อกับเซิร์ฟเวอร์ใดไปก่อนหน้านี้ สวิตช์เนื้อหาจึงกำหนดแนวคิดเรื่องความคงที่ ตัวอย่างเช่น คำขอจากที่อยู่ IP ต้นทางเดียวกันจะถูกส่งไปยังเซิร์ฟเวอร์แอปพลิเคชันเดียวกันทุกครั้ง ความคงที่ยังสามารถอิงตาม SSL ID ได้ และสวิตช์เนื้อหาบางตัวสามารถใช้คุกกี้เพื่อให้ฟังก์ชันนี้ได้

เราเตอร์ทำงานบนเลเยอร์การขนส่งและตัดสินใจว่าจะส่งแพ็กเก็ตไปที่ใด เราเตอร์ แบบโหลดบาลานซ์ สมัยใหม่ สามารถใช้กฎต่างๆ ในการตัดสินใจว่าจะส่งทราฟฟิกไปยังที่ใด ซึ่งอาจพิจารณาจากภาระงานที่น้อยที่สุด หรือเวลาตอบสนอง ที่เร็วที่สุด หรือเพียงแค่การกระจายคำขอไปยังปลายทางหลายแห่งที่ให้บริการเดียวกัน นอกจากนี้ยังเป็น วิธี การสำรองข้อมูล ด้วย ดังนั้นหากเครื่องใดเครื่องหนึ่งไม่ทำงาน เราเตอร์จะไม่ส่งทราฟฟิกไปยังเครื่องนั้น

เราเตอร์อาจมีคุณสมบัติ NAT ที่รองรับพอร์ตและธุรกรรม และทำการแปลงพอร์ตเพื่อส่งแพ็กเก็ตขาเข้าไปยังเครื่องหนึ่งเครื่องหรือมากกว่านั้นที่ซ่อนอยู่หลังที่อยู่ IP เดียวกัน

สวิตช์เลเยอร์ 7 อาจกระจายโหลดตามตัวระบุทรัพยากรสากล (URL) หรือโดยใช้เทคนิคเฉพาะการติดตั้งบางอย่างเพื่อรับรู้ธุรกรรมระดับแอปพลิเคชัน สวิตช์เลเยอร์ 7 อาจมีแคชเว็บและมีส่วนร่วมในเครือข่ายกระจายเนื้อหา ( CDN ) ^{[ 5 ]}

• ตัวควบคุมการส่งมอบแอปพลิเคชัน
• เราเตอร์บริดจ์
• การสลับป้ายกำกับหลายโปรโตคอล (MPLS)
• ประตูทางเข้าบ้านพักอาศัย

• สวิตช์เลเยอร์ 3 กับเราเตอร์ต่างกันอย่างไร?
• การสลับหลายชั้น