為公司網路選擇合適的 L3 交換機

在當今的網絡中，通常每個用戶需要超過一個 IP，這是由於日常生活中 WLAN 的 BYOD ( Bring Your Own Device ) 需要，特別是 IPv4 / IPv6 並行的網路環境。當系統用盡硬體 L3 forwarding table 時，此現象會導致網路性能下降和交換機 CPU 負載提高等狀況。

因此，L3 forwarding table 是網路設計考慮的關鍵。

關於 L3 Switching

交換機在以太網設備之間交換以太網路封包，並保留一個 bridge forwarding table，該表顯示在哪個網路埠上看到了哪些MAC地址。

L3交換機除了保留傳統的路由表外，還保留了由 IP 地址，MAC 地址和交換機埠組成的 L3 forwarding table。它將學習所有運作中的 LAN IP / MAC。通過查找 L3 forwarding table，可以實現硬體 wired-speed L3 forwarding 的數據流。

而現今，L3 forwarding table 比過去更容易將空間用盡，因為需要連接到網絡的設備數量增加。

以前的接入層中的網絡是一個交換機埠連接到一台設備，該設備占用一條 L3 forwarding table。而現在，一個交換機埠連接到一個無線 AP，該 AP 將多個移動設備連結到網路中而占用多條 L3 forwarding table。

另外，IPv4 32-bit 佔用一個條目，而 IPv6 128-bit 佔用兩個條目。一旦 L3 forwarding table 的容量不能覆蓋整個網路的用戶端，負載將由 CPU 轉發，這將降低網路性能。

如何規劃 L3 交換機

當設備首次連接到網絡時，其 IP 地址將由 L3 交換機取得並存儲到 L3 forwarding table 中。交換機將新 IP 存儲到其 L3 forwarding table 中的機制是通過使用 hash 算法根據與該 IP 關聯的多個屬性來計算表索引的 key。但是，不同的 IP 可能具有相同的 hash 密鑰，從而導致與同一存儲位置的衝突。 L3 forwarding table 中存儲的條目越多，衝突率越高。

因此，有必要為L3轉發表保留空間。例如，

如果有 500 個 IPv4 終端設備，那麼 1k table 就可以了。
如果有 800 個 IPv4 終端設備，那麼 1k table 可能會有風險；
如果 500 個 IPv4 +200 個 IPv6 終端設備，那麼 1k table 表肯定是有問題的

L2+，Light L3帶來的問題

由於靈活性對於當今規劃網絡基礎架構至關重要，因此通過添加“靜態路由”功能，L2 交換機變成所謂的 L2+。據此，L3 forwarding table 成為一個致命但不可忽視的因素。此外，當 L2智能交換機成為具有靜態路由的 L2 + 時，出於成本考慮，它總是帶有有限的 L3 forwarding table 容量。

許多客戶選擇 L2+ 智能交換機或 LL3（Light L3）交換機來實現他們認為簡單的網絡路由。如上所述，BYOD 和 IPv 6可能會用盡 L3 forwarding table 而造成網管人員意外的困擾。

網絡設計不當的真實案例

2016 年 3 月，合勤 ZyXEL 在台灣贊助了為期三天的 OpenStack 黑客馬拉松活動。在這種情況下，合勤 ZyXEL 贊助了 WLAN AP，Security Gateway和 L2 PoE 交換機。與過去舉行的其他黑客馬拉松比賽不同，參賽者將在比賽中重度依賴 Wi-Fi 網絡環境。最初，活動主持人認為其網路僅需要覆蓋 200 個節點。而實際上有超過 200 名與會者。與他們的 BYOD 無線設備需要連線，這遠遠超出了活動主辦方的預期。

每個移動設備都需要連接，這對提供靜態路由角色的現有 HP 交換機構成了重大挑戰。大量使用的設備無疑將 HP 交換機推到了路由極限，並導致了不穩定的連接。為了使網絡快速恢復正常，必須讓 ZyXEL Gateway 承擔 HP 交換機的 L3 路由角色。這是不正確的網路設計拖累網路性能的範例。

總結

對於選擇合適的 L3 交換機，清楚了解 L3 交換機的 L3 forwarding table 的規格至關重要。另外，有必要在設計階段計算網絡的需求。

ZyXEL 提供具有 L3 轉發功能的智能管理型，L2 / L2+ 和 L3 管理型交換機。在下表中，L3 forwarding table 的大小在不同等級的網路交換機之間存在差距。