Switch layer 2 là gì? Lợi ích khi sử dụng switch layer 2

Switch layer 2 là một thiết bị mạng quan trọng trong hệ thống mạng. Nó đóng vai trò quản lý và điều phối lưu lượng dữ liệu giữa các thiết bị trong cùng một mạng LAN (Local Area Network). Switch layer 2 hoạt động dựa trên địa chỉ MAC (Media Access Control) của các thiết bị, cho phép chuyển tiếp dữ liệu một cách nhanh chóng và hiệu quả. Trong phạm vi này, chúng ta sẽ khám phá chi tiết về switch layer 2, chức năng của nó và lợi ích mà nó mang lại trong môi trường mạng hiện đại.

Switch layer 2 là gì?

Bộ chuyển mạch switch layer 2 là một thiết bị hoạt động trên lớp liên kết dữ liệu (OSI Layer 2) và sử dụng địa chỉ MAC để xác định đường dẫn cho việc chuyển tiếp dữ liệu. Nhiệm vụ chính của switch layer 2 là truyền dữ liệu trong mạng cục bộ (LAN) bằng cách sử dụng kỹ thuật chuyển mạch phần cứng. Switch layer 2 cũng được gọi là cầu nối bridge đa kênh.

Switch layer 2 kiểm tra lỗi trên các khung dữ liệu được truyền và nhận, đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu. Nó tự động tìm địa chỉ MAC bằng cách sao chép từng địa chỉ MAC của các khung dữ liệu hoặc lắng nghe các thiết bị trên mạng. Các địa chỉ MAC này được lưu trữ trong bảng chuyển tiếp của switch layer 2, cho phép nó nhanh chóng gửi các khung dữ liệu đến các thiết bị đích.

Tuy nhiên, switch layer 2 không thể truyền dữ liệu dựa trên địa chỉ IP và không có khả năng ưu tiên các gói tin dựa trên ứng dụng gửi và nhận. Chức năng chính của switch layer 2 là chuyển tiếp dữ liệu trên lớp vật lý và sử dụng địa chỉ MAC để xác định đích và nguồn của các khung dữ liệu.

Tham khảo bài viết với chủ đề liên quan: Tổng hợp các loại dây cáp mạng phổ biến nhất hiện nay.

Nguyên lý hoạt động của switch layer 2

Chuyển mạch switch layer 2 là một thiết bị mạng hoạt động dựa trên địa chỉ MAC (Ethernet hoặc Token Ring) để chuyển tiếp lưu lượng dữ liệu.

Công nghệ chuyển mạch từng xuất hiện dưới dạng bridge từ những năm 1980. Bridge được sử dụng để phân đoạn các mạng cục bộ (LAN) ở lớp 2. Mỗi bridge học các địa chỉ MAC trên từng cổng của nó và chuyển các khung dữ liệu MAC một cách minh bạch qua các cổng đó.

Bridge cũng đảm bảo rằng các khung dữ liệu với địa chỉ MAC cùng mạng LAN không được chuyển tiếp qua các cổng khác. Trong cuộc trò chuyện này, chúng ta chỉ xem xét mạng LAN Ethernet.

Thiết bị chuyển mạch layer 2 hoạt động tương tự như bridge. Chúng cũng học và chuyển tiếp các khung dữ liệu qua từng cổng. Sự khác biệt chính là switch layer 2 sử dụng phần cứng để cho phép nhiều đường chuyển mạch cùng hoạt động trong switch.

Chức năng nổi bật của switch layer 2 

Học địa chỉ (address learning)

Switch layer 2 và bridge học địa chỉ MAC nguồn của mỗi khung dữ liệu nhận được trên một cổng và lưu trữ thông tin này vào bảng chuyển tiếp/ lọc (forwarding/filtering table) được gọi là bảng MAC.

Quyết định chuyển tiếp/lọc (forward/filter decisions)

Khi nhận được một khung dữ liệu trên một cổng, switch sẽ kiểm tra địa chỉ MAC đích của khung và tìm thấy cổng đích trong bảng MAC. Khung dữ liệu chỉ được chuyển tiếp ra cổng đích được xác định.

Tránh vòng lặp (loop avoidance)

Trong trường hợp có nhiều kết nối giữa các switch để dự phòng, có thể xảy ra vòng lặp trong mạng. Giao thức cây bao trùm (Spanning Tree Protocol – STP) được sử dụng để ngăn chặn các vòng lặp trong mạng trong khi vẫn duy trì tính dự phòng của hệ thống.

Đặc điểm của switch layer 2 

Switch Layer 2 là một trong những loại switch mạng được sử dụng phổ biến trong các văn phòng, chi nhánh và doanh nghiệp. Đặc điểm của Switch Layer 2 là tích hợp các tính năng hoàn hảo để đáp ứng nhu cầu kết nối và bảo mật thông tin một cách hiệu quả. Thiết bị này hoạt động trên lớp liên kết dữ liệu OSI Layer 2 và sử dụng địa chỉ MAC để xác định đường đi của gói tin.

Switch Layer 2 tự động tìm kiếm địa chỉ MAC bằng cách sao chép địa chỉ MAC của mỗi khung dữ liệu nhận được và duy trì thông tin này trong bảng chuyển tiếp. Hầu hết các Switch Layer 2 yêu cầu địa chỉ MAC của các thiết bị mạng để truyền dữ liệu, và chúng thực hiện việc truyền dữ liệu trên lớp vật lý và kiểm tra lỗi trên mỗi khung dữ liệu.

Các Switch Layer 2 thường được sử dụng trong mạng LAN, đặc biệt là trong hạ tầng mạng Switch Access. Tuy nhiên, để đảm bảo hiệu suất tốt, cần chú ý đến các yếu tố như tỷ lệ chuyển tiếp, băng thông backplane, số lượng VLAN và bộ nhớ địa chỉ MAC.

Một số dòng sản phẩm Switch Layer 2 phổ biến là Switch Layer 2 C2960, Switch Layer 2 C2960X và Switch Layer 2 C2960L.

Bạn có thể tham khảo bài viết về chủ đề wifi: So sánh Wifi 5 và Wifi 6 – Tổng hợp những cải tiến đáng giá.

Lợi ích khi sử dụng switch layer 2

Kết nối gián tiếp: Switch Layer 2 cho phép các thiết bị kết nối với nhau thông qua các cổng của switch, tạo một mạng LAN liên kết các thiết bị một cách trực tiếp và hiệu quả.

Hoạt động đồng thời: Switch Layer 2 cho phép các máy chủ và thiết bị trong mạng hoạt động cùng một lúc, có thể truyền và nhận dữ liệu một cách đồng thời.

Không chia sẻ băng thông: Mỗi cổng trên switch Layer 2 có khả năng quyết định băng thông truyền đi mà không cần phải chia sẻ với các thiết bị khác. Điều này đảm bảo rằng mỗi thiết bị có đủ băng thông cho hoạt động của nó.

Giảm tỷ lệ lỗi: Switch Layer 2 kiểm tra lỗi trong các khung dữ liệu, đảm bảo rằng chỉ các khung dữ liệu tốt được chuyển tiếp. Công nghệ lưu trữ và chuyển tiếp (store-and-forward) giúp giảm tỷ lệ lỗi trong mạng.

Quản lý lưu lượng: Switch Layer 2 cho phép giới hạn lưu lượng truyền đi trên mỗi cổng, giúp điều chỉnh và kiểm soát lưu lượng trong mạng.

Đa dạng về giao diện: Switch Layer 2 được cung cấp với nhiều loại giao diện như 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps… và hỗ trợ giao tiếp full-duplex trên mỗi cổng. Điều này tạo điều kiện mở rộng mạng và kết nối với các phần khác của mạng thông qua các cổng uplink tốc độ cao, có thể kết nối với các switch Layer 2 khác hoặc các router Layer 3.

Switch Layer 2 đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra một mạng LAN hiệu quả, đáng tin cậy và bảo mật cho các tổ chức và doanh nghiệp.

Tạm kết

Switch Layer 2 là một thiết bị mạng quan trọng trong việc kết nối các thiết bị trong mạng LAN. Với khả năng học địa chỉ MAC, chuyển tiếp dữ liệu và ngăn chặn vòng lặp, switch Layer 2 đảm bảo mạng hoạt động hiệu quả và đáng tin cậy. Với lợi ích về băng thông riêng, giảm tỷ lệ lỗi và hỗ trợ đa dạng giao diện, switch Layer 2 là công cụ quan trọng cho việc mở rộng mạng và tăng cường kết nối trong doanh nghiệp.