Switch Layer 2 là gì? Chức năng, đặc điểm của switch Layer 2

Hiện nay Switch Layer 2 được nhiều khách hàng lựa chọn là loại thiết bị mạng chuyên dụng. Tuy nhiên cần phải nắm rõ được những thông tin cụ thể liên quan đến sản phẩm này mới có thể đem lại hiệu quả sử dụng tốt nhất. Vậy Switch Layer 2 là gì? Bài viết dưới đây, MC&TT sẽ gửi đến bạn những thông tin hữu ích nhất xoay quanh loại thiết bị mạng này.

1. Switch Layer 2 là gì?

Switch Layer 2 là một loại thiết bị chuyển mạch hoạt động tại tầng liên kết dữ liệu Data Link Layer - tầng thứ hai trong mô hình OSI, dùng để kết nối các thiết bị đầu cuối, cung cấp kết nối mạng đến các thiết bị khác như: máy tính để bàn, laptop, máy in, máy fax, camera, server,...

Switch Layer 2 hoạt động tại tầng thứ 2 trong mô hình OSI

Switch Layer 2 sẽ sử dụng địa chỉ MAC để xác định đường dẫn thông qua nơi các khung sẽ được chuyển tiếp và góp phần thực hiện nhiệm vụ truyền dữ liệu giữa các nút mạng kề nhau trong một mạng diện rộng hoặc giữa các nút trong cùng một segment mạng cục bộ.

Switch Layer 2 là lựa chọn hàng đầu cho hệ thống mại tại các văn phòng, chi nhánh, doanh nghiệp và hầu như đều có hạ tầng mạng Switch Access trong mạng LAN. Một số sản phẩm thiết bị Switch Layer 2 nổi bật như là: Switch Layer 2 IES6300, Switch RS-408, Switch Layer 2 IES618,...

Bạn đọc có thể tìm hiểu thêm thông tin về mô hình OSI qua bài viết sau: Mô hình OSI là gì?

2. Đặc điểm, nguyên lý hoạt động của Switch Layer 2

Switch Layer 2 có những đặc điểm và nguyên lý hoạt động riêng biệt, khác so với một số loại thiết bị chuyển mạch trên thị trường hiện nay.

2.1 Đặc điểm của Switch Layer 2

Switch Layer 2 sở hữu bộ tính năng gần như hoàn hảo, có thể đáp ứng hầu hết các nhu cầu kết nối truyền tải tín hiệu cũng như đảm bảo an toàn cho thông tin được truyền đi một cách hiệu quả.

Switch Layer 2 sẽ thực hiện nhiệm vụ chuyển mạch dựa trên lớp liên kết dữ liệu OSI Layer 2 và sử dụng địa chỉ MAC để xác định đường đi của gói tin chính xác hơn.

Không chỉ vậy, thiết bị chuyển mạch này cũng đưa ra 2 yêu cầu về địa chỉ MAC của NIC trên mỗi nút mạng để có thể truyền dữ liệu một cách dễ dàng nhất. Ngoài ra, chúng thực hiện việc truyền dữ liệu trên lớp vật lý và đồng thời cũng cho phép tiến hành check lỗi trên mỗi khung truyền nhận.

Ngoài ra, Switch Layer 2 cũng có thể tự động tìm kiếm các địa chỉ MAC bằng cách sao chép địa chỉ MAC của mỗi khung nhận và sau đó duy trì địa chỉ MAC đó trong một hoặc các bảng chuyển tiếp.

2.2 Nguyên lý hoạt động của Switch layer 2

Về bản chất, Switch Layer 2 là một cầu nối trong suốt (transparent bridging) đi kèm với nhiều port. Mỗi port là một đoạn trong Ethernet của hệ thống mạng LAN, và luôn biệt lập với những port còn lại.

Hoạt động của Switch hoàn toàn dựa theo địa chỉ MAC chứa trong gói tin, bởi vậy việc truyền tin sẽ không thể diễn ra khi chưa biết địa chỉ gốc.

Do vậy với những hệ thống mạng quy mô nhỏ, lưu lượng dữ liệu truyền dẫn ít thì Switch layer 2 unmanaged là lựa chọn hàng đầu. Còn đối mới hệ thống mạng quy mô lớn và dữ liệu truyền dẫn nhiều thì sử dụng Switch layer 2 managed để tránh tình trạng nghẽn mạng, treo thiết bị, hệ thống.

Switch không chỉ nhận biết thông tin truyền tới đâu mà có xem xét đến việc có nên truyền hay truyền đi như thế nào với 3 công đoạn như sau:

Bảng chuyển tiếp L2: Địa chỉ MAC đích trong Frame có vai trò như một ổ khóa, thì địa chỉ đó sẽ được dò đến CAM. Nếu tìm được địa chỉ tương thích, port đầu ra và ID của VLAN (mạng LAN ảo) thì địa chỉ sẽ được đọc từ bảng.
Lớp bảo mật ACLs - ACL: Nhận dạng frame được chuyển đến bằng địa chỉ MAC của thiết bị chủ hay loại giao thức/ địa chỉ IP, hay port number của Layer 4 khác. Một bộ TCAM sẽ chứa bảo mật ACLs trong một dạng bảng kết hợp để có thể quyết định rằng frame có được Switch chuyển tiếp đi hay không.
QoS ACLs: Những ACL khác sẽ phân loại Frame dựa trên thông số QoS, từ đó kiểm soát, điều khiển lưu lượng truyền và đánh dấu các chỉ số QoS trong Frame rìa. TCAM cũng tương tự như trong bảo mật ACLs.

3. Ưu điểm của Switch Layer 2 là gì?

Hiện nay, Switch có rất nhiều dòng sản phẩm được ra đời, tuy nhiên Switch Layer 2 vẫn là lựa chọn hàng đầu của nhiều khách hàng bởi nó sở hữu nhiều ưu điểm khác biệt.

3.1. Đảm bảo truyền dữ liệu nhanh chóng mà không cần băng thông

Băng thông (Bandwidth) có vai trò giúp tốc độ truyền dữ liệu của các thiết bị switch được nhanh chóng hơn và giá thành của sản phẩm có băng thông lại cao hơn rất nhiều. Tuy nhiên, Switch Layer 2 dù không sở hữu băng thông nhưng vẫn đảm bảo được tốc độ truyền dữ liệu nhanh chóng.

Cụ thể, Switch Layer 2 sử dụng các kỹ thuật chuyển mạch dựa trên phần cứng để kết nối và truyền dữ liệu trong mạng cục bộ (LAN). Chuyển mạch dựa trên phần cứng là một loại kỹ thuật phổ biến giúp giảm tắc nghẽn trong mạng LAN. Và Switch Layer 2 nhờ có kỹ thuật này cũng thường được sử dụng để thay thế cho Hub và vẫn hoạt động tốt với các cấu trúc cáp có sẵn.

Ngoài ra, các port của Switch Layer 2 cũng kết nối gián tiếp thông qua các port của switch. Switch sẽ tự nhận biết thiết bị nào đang kết nối với cổng của nó mà không cần nhận thông tin chia sẻ từ băng thông. Nhờ vậy mà thời gian truyền dữ liệu không bị kéo dài.

3.2. Khả năng tạo VLAN giúp tối ưu nhóm thiết bị trong hệ thống dễ dàng.

Về mặt kỹ thuật, VLAN sẽ được Switch tạo ra bằng cách thiết lập một miền quảng bá. Thông thường, router sẽ tạo miền quảng bá, nhưng để tạo một VLAN, Switch Layer 2 sẽ đảm nhận chức năng này.

VLAN là cụm từ viết tắt của Virtual Local Area Network hay còn được gọi là mạng LAN ảo. VLAN là một kỹ thuật cho phép tạo lập các mạng LAN độc lập một cách logic trên cùng một kiến trúc hạ tầng vật lý.

Đây là ưu điểm được nhiều khách hàng ưa thích bởi, đơn cử như trong một doanh nghiệp có nhiều bộ phận, các bộ phận không thể nào xếp chung làm việc cùng một tầng. Nếu dùng Switch Layer 2 Unmanaged thì sẽ không chia được VLAN, sẽ cần rất nhiều thiết bị switch để kết nối các máy tính vào một hệ thống nhưng lại không thể dùng hết tất cả các cổng port.

Tuy nhiên chỉ cần một thiết bị Switch Layer 2 Managed thì việc chia VLAN sẽ không còn là trở ngại.

3.3 Dễ dàng kết nối gián tiếp thông qua cổng port của Switch

Thiết bị chuyển mạch Switch Layer 2 có thể làm cho các host hay máy chủ có thể hoạt động ở chế độ song công đặc biệt, có thể đọc - ghi, nghe - nói cùng lúc.

Ngoài ra, Switch Layer 2, tỷ lệ lỗi trong frame cũng giảm được rất nhiều bởi các frame sẽ được kiểm tra lỗi và nếu không có lỗi, gói tin sẽ được lưu lại trước khi chuyển đi (công nghệ Store-and-forward).

4. Chức năng của Switch Layer 2 là gì?

Về chức năng, Switch Layer 2 vẫn đảm bảo được các chức năng chung giống nhiều loại Switch khác, và một vài chức năng đặc thù khác.

4.1. Giúp phân loại và chuyển khung dữ liệu

Chức năng đầu tiên của Switch Layer 2 mà bạn cần lưu ý là dùng chuyển các khung dữ liệu giữa các thiết bị được kết nối với nhau.

Switch sẽ đóng vai trò như một phần mềm quản lý, phân luồng dữ liệu mà các cổng port đã nhận vào từ mạng cục bộ. Sau đó mỗi loại dữ liệu sẽ được chuyển đến một nơi lưu trữ sau đó mới tiếp tục được chuyển đi.

Nhờ có thiết bị này mà hoạt động chuyển dữ liệu trong hệ thống không bị gián đoạn do tắc nghẽn và còn rút ngắn thời gian chuyển dữ liệu đến nơi nhận.

4.2. Phân loại và chia nhỏ hệ thống mạng

Switch Layer 2 cũng đảm bảo chia nhỏ hệ thống mạng LAN thành các segment nhỏ hơn. Thông qua các cổng port của thiết bị Switch, mỗi segment sẽ được luân chuyển một cách dễ dàng. Khi hệ thống mạng được chia nhỏ, độ lớn và số miền đụng độ cũng được hạn chế một cách tối đa.

4.3. Kết nối được nhiều segment

Khi các máy tính trong hệ thống mạng cần kết nối với nhau, công dụng của Switch là phân loại các cổng riêng biệt cho các máy. Sau đó, chúng sẽ thiết lập mạng ảo giữa hai cổng một cách tương thích mà không làm gián đoạn việc lưu thông của các mạng khác.

4.4. Hỗ trợ xây dựng bảng và đối chiếu thông tin

Switch có chức năng đặc biệt là thiết lập các bảng thông tin có liên quan đến các gói và gửi chúng đến địa chỉ theo yêu cầu. Tức là Switch sẽ phân loại các gói thông tin đã được cổng port thu nhận, sau đó nó sẽ phân tích, tạo ra một bảng dữ liệu để đối chiếu rồi mới tiếp tục gửi gói thông tin đi.

4.5 Chức năng chuyên biệt Switch Layer 2

Bên cạnh những chức năng chung của một Switch, thiết bị Switch Layer 2 cũng sở hữu những chức năng riêng khác với những dòng sản phẩm khác như:

Address learning - Chức năng ghi nhớ địa chỉ

Switch layer 2 và những bridge sẽ ghi nhớ địa chỉ phần cứng nguồn của mỗi khung nhận được cài sẵn trong các khối dữ liệu. Sau đó chúng nhập thông tin này vào cơ sở dữ liệu MAC được gọi là bảng chuyển tiếp / bộ lọc.

Forward/filter decision - Quyết định chuyển tiếp/lọc

Khi một frame đã được nhận trên một giao diện trong hệ thống thì Switch Layer 2 sẽ dựa vào địa chỉ phần cứng đích đã được ghi sẵn trong gói dữ liệu và tìm thấy địa chỉ đầu ra trong cơ sở dữ liệu MAC. Cuối cùng là chuyển tiếp ra cổng đích đã được chỉ định.

Loop Avoidance - Tránh vòng lặp

Khi thực hiện kết nối được tạo ra giữa các thiết bị Switch sẽ có mục đích dự phòng. Và có thể xảy ra các vòng lặp mạng. Để giải quyết tình trạng này, Switch Layer 2 được cài một giao thức là Spanning Tree (STP) để ngăn các vòng lặp và vẫn cho phép tác dụng dự phòng.

Tổng kết

Trong bài viết trên đây, chúng tôi đã gửi đến bạn những thông tin hữu ích giúp trả lời câu hỏi Switch Layer 2 là gì? Bên cạnh việc nắm rõ chức năng, đặc điểm của sản phẩm, khi lựa chọn bạn nên xem xét các yếu tố như: tỷ lệ chuyển tiếp, băng thông backplane, số VLAN, bộ nhớ của địa chỉ MAC, độ trễ…

Hy vọng với bài viết này, bạn đã có được những hiểu biết quan trọng để đưa ra sự lựa chọn thiết bị Switch chính xác nhất cho mình.