Ethernet Switch là gì? Cách thức hoạt động của switch 

Ethernet switch là một thành phần không thể thiếu trong các mạng máy tính ngày nay. Nó cho phép các thiết bị trong mạng có thể kết nối với nhau và truyền dữ liệu một cách hiệu quả. Tuy nhiên, không phải ai cũng hiểu rõ về Ethernet switch và cách thức hoạt động của nó. Trong bài viết này, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về Ethernet switch là gì và tại sao nó quan trọng trong mạng máy tính.

Ethernet Switch là gì?

Ethernet Switch là một thiết bị chuyển tiếp dữ liệu trong mạng LAN (Local Area Network). Nó hoạt động ở tầng liên kết dữ liệu (Layer 2) hoặc lớp mạng của Mô hình OSI và giúp định tuyến các gói dữ liệu đến đúng đích trên mạng. Một Switch Ethernet đọc các gói dữ liệu đến và xác định thông tin đích để gửi đến cổng đầu ra tương ứng, giúp tránh xung đột dữ liệu. 

Đây là điểm khác biệt giữa switch và hub, vì hub chỉ kết nối tất cả các nút trên mạng và giao tiếp theo cách bất tiện dẫn đến nhiều xung đột. Trong khi đó, switch giúp tạo ra đường hầm điện tử giữa các cổng nguồn và đích cho một giây mà không có lưu lượng truy cập nào khác có thể nhập vào, từ đó giảm thiểu xung đột và tăng tốc độ truyền dữ liệu trên mạng.

>>> Xem thêm bài viết về chủ đề mạng MAN: Mạng MAN là gì? Đặc điểm nổi bật của mạng MAN

Cách thức hoạt động của switch 

Switch là một thiết bị quan trọng trong mạng máy tính để cho phép các thiết bị khác nhau trong cùng một mạng có thể giao tiếp và truyền dữ liệu một cách nhanh chóng và ổn định. Nó hoạt động ở tầng Data link – tầng 2 của mô hình OSI để tạo ra một miền xung đột riêng biệt cho mỗi cổng chuyển mạch. Mỗi thiết bị được kết nối với Switch có thể được xác định bằng địa chỉ mạng của nó, cho phép switch định hướng luồng lưu lượng và tối đa hóa tính bảo mật cũng như độ ổn định của mạng.

Switch có thể hoạt động ở các tầng cao hơn của mô hình OSI, bao gồm các tầng ở network layer trở lên, khiến nó trở thành một multilayer switch. Nó cũng có thể phân đoạn mạng mới để giảm xác suất xung đột và cải thiện thông lượng mạng tổng thể.

Một điểm khác biệt giữa Switch và Hub là các thông tin được truyền đi trong mạng với phương thức broadcasting. Điều này có nghĩa là dữ liệu sẽ được truyền đi từ một thiết bị tới tất cả các thiết bị được kết nối vào Switch, tạo thành một broadcast domain (miền quảng bá). 

Tuy nhiên, với việc sử dụng Switch, ta có thể chia miền xung đột lớn thành những miền nhỏ hơn để giảm xác suất xung đột. Mỗi thiết bị sẽ được kết nối vào một cổng chuyển mạch chuyên dụng trong trường hợp phân đoạn vi mô, tạo ra một miền xung đột riêng biệt trên mỗi cổng chuyển mạch. 

Điều này cho phép các máy tính có băng thông chuyên dụng trên các kết nối điểm-điểm tới mạng và có thể chạy ở chế độ song công (full-duplex), khiến xung đột không thể xảy ra.

Vai trò của ethernet switch

Switch là một thiết bị mạng chuyển mạch frame dựa trên địa chỉ MAC, hoạt động ở layer 2 của mô hình OSI. Nó được sử dụng để kết nối các thiết bị mạng cục bộ trong một mạng LAN và quyết định chuyển frame đến đích thông qua đường dẫn tốt nhất. 

Khác với router, switch chỉ làm việc trong cùng một mạng, không có khả năng kết nối các mạng khác nhau. Switch có khả năng học địa chỉ MAC nguồn của các frame mà nó nhận được và lưu trữ chúng trong bảng MAC address table, sau đó sử dụng bảng này để xác định địa chỉ MAC đích của các frame sắp được chuyển tiếp và chuyển tiếp chúng đến cổng đích tương ứng. 

Khi hai thiết bị trong mạng LAN muốn liên lạc với nhau, Switch thiết lập một mạch ảo trực tiếp giữa hai cổng tương ứng để truyền gói tin mà không ảnh hưởng đến các thiết bị khác trong mạng. Do đó, Switch là một phần không thể thiếu trong mạng LAN hiện đại để đảm bảo hiệu suất và tính an toàn của mạng.

Mạng LAN có hiệu suất hoạt động cao thường sử dụng Switch để chuyển mạch toàn bộ. Switch tập trung các kết nối và quyết định chọn đường dẫn để truyền dữ liệu hiệu quả. Khi các máy trạm ở các cổng khác nhau cần liên lạc với nhau, Switch sẽ chuyển frame từ cổng này sang cổng kia và đảm bảo cung cấp chọn băng thông cho mỗi phiên kết nối.

Switch giúp tách biệt giao thông trên từng đoạn mạng, chia hệ thống mạng thành các đơn vị nhỏ gọi là microsegment. Bằng cách chia nhỏ hệ thống mạng, sẽ giảm số lượng người dùng và thiết bị cùng chia sẻ một băng thông, tăng nhiều hơn lượng băng thông dành cho mỗi người dùng bằng cách tạo ra miền đụng độ nhỏ hơn. Mỗi segment là một miền đụng độ riêng biệt.

Switch giới hạn lưu lượng băng thông chỉ chuyển gói tin đến đúng cổng cần thiết dựa trên địa chỉ MAC layer 2. Để chuyển frame hiệu quả giữa các cổng, Switch lưu giữ một bảng địa chỉ. Khi Switch nhận vào một frame, nó sẽ ghi địa chỉ MAC của máy gửi tương ứng với cổng mà nó nhận frame đó vào.

Trong các hệ thống mạng hiện nay, Fast Ethernet Switch được sử dụng làm đường trục chính cho mạng LAN, còn Ethernet Switch, Ethernet Hub hoặc Fast Ethernet Hub được sử dụng kết nối xuống các máy tính. Switch cung cấp băng thông nhiều hơn cho người dùng bằng cách tạo ra các miền đụng độ nhỏ hơn. 

Mỗi server có thể đặt trên một kết nối 100 Mbps riêng. Khi các ứng dụng mới như truyền thông đa phương tiện, video hội nghị… ngày càng trở nên phổ biến hơn, mỗi máy tính sẽ được một kết nối 100 Mbps riêng vào Switch.

>>> Cùng tìm hiểu: Switch layer 2 là gì? Lợi ích khi sử dụng switch layer 2.

Ưu điểm nổi bật của ethernet switch

Ethernet switch có nhiều ưu điểm vượt trội như sau:

• Kết nối gián tiếp giữa các thiết bị thông qua các port của switch, giúp tăng tính linh hoạt và hiệu quả trong quản lý mạng.
• Cho phép các host có thể hoạt động ở chế độ song công (full-duplex), giúp tăng tốc độ truyền dữ liệu và tăng năng suất làm việc.
• Không cần phải chia sẻ băng thông, các port của switch sẽ quyết định băng thông truyền đi như thế nào, giúp tối ưu hóa hiệu suất mạng.
• Giảm tỷ lệ lỗi trong frame bằng cách kiểm tra lỗi frame trước khi chuyển đi (store-and-forward), giúp tăng độ tin cậy của mạng.
• Có thể giới hạn lưu lượng truyền đi ở một mức ngưỡng nào đó, giúp đảm bảo sự ổn định và đồng bộ trong mạng.
• Hỗ trợ các loại giao diện khác nhau và tạo điều kiện mở rộng mạng thông qua các cổng uplink tốc độ cao, giúp tăng tính linh hoạt và khả năng kết nối của mạng.
• Là một bộ điều khiển giúp các thiết bị nối mạng có thể nói chuyện với nhau một cách hiệu quả, giúp tăng năng suất làm việc và tiết kiệm chi phí cho doanh nghiệp.

Phân loại ethernet switch

Switch cấu hình cố định

Switch được quản lý 

Switch mạng được quản lý mang lại nhiều ưu điểm hơn so với switch không được quản lý. Với việc có thể định cấu hình, người quản trị mạng có thể tùy chỉnh để phù hợp với mạng của mình. Điều này cũng đồng nghĩa với việc bảo mật mạng được nâng cao và chất lượng dịch vụ cũng được cải thiện hơn.

Các tính năng của switch được quản lý rất đa dạng, bao gồm giám sát SNMP, tập hợp liên kết và hỗ trợ QoS. Những tính năng này được thiết kế để giúp người quản trị mạng có thể kiểm soát và quản lý mạng của họ một cách chuyên nghiệp hơn.

Switch là một thiết bị quan trọng trong mạng có dây, cho phép các thiết bị được kết nối với nhau thông qua cáp Ethernet. Switch cho phép các thiết bị trong mạng có thể nói chuyện với nhau một cách hiệu quả.

Tuy nhiên, switch không phải là thiết bị phù hợp để sử dụng trong các mạng chỉ có kết nối không dây. Trong trường hợp này, các thiết bị mạng như bộ định tuyến và bộ điều hợp truyền thông sẽ kết nối trực tiếp với nhau, không cần sự trung gian của switch.

Switch không được quản lý 

Switch không được quản lý không có tính năng quản lý và không được thiết kế để cấu hình. Bạn không cần phải lo lắng về việc cài đặt hoặc cấu hình chúng. Tuy nhiên, chúng có ít tính năng hơn và dung lượng mạng ít hơn so với các switch được quản lý. 

Thường thì, switch không được quản lý được sử dụng cho các kết nối cơ bản như tại gia đình, phòng thí nghiệm hoặc phòng hội thảo. Những switch cơ bản này không yêu cầu cấu hình đặc biệt, chỉ cần cắm dây cáp và nguồn điện là có thể hoạt động.

Smart Switch

Smart Switches là một giải pháp thay thế hiệu quả cho Switch mô-đun bởi vì chúng mang đến khả năng quản lý và phân khúc, chất lượng dịch vụ và bảo mật cao. Điều này cho phép người dùng kiểm soát các cổng và dịch vụ được cung cấp trên mạng của họ. 

Tuy nhiên, một điểm yếu của Smart Switches là chúng không thể mở rộng như các managed switches. Điều này có nghĩa là chúng thường được triển khai ở rìa của một mạng lớn, trong khi các managed switches được sử dụng trong lõi của mạng. Smart Switches có thể làm cơ sở hạ tầng cho các mạng nhỏ hơn hoặc mạng có độ phức tạp thấp. 

Switch mô đun

Switch mô-đun cung cấp cho người dùng tính linh hoạt cao trong việc mở rộng mạng. Với khả năng thêm các mô-đun mở rộng khi cần thiết, các thiết bị này có thể dễ dàng được tùy chỉnh để đáp ứng các yêu cầu đang thay đổi của mạng. 

Tuy nhiên, điều này đòi hỏi một chút kiến thức kỹ thuật và kinh nghiệm để cài đặt và quản lý chúng. Nếu bạn muốn tăng cường khả năng mở rộng mạng của mình mà không cần phải thay đổi toàn bộ cơ sở hạ tầng, thì Switch mô-đun có thể là một lựa chọn tốt cho bạn.

Ưu điểm của các cổng switch UTP

Khả năng kết nối hàng chục thiết bị: Các cổng switch UTP cho phép kết nối nhiều thiết bị trên cùng một mạng.

Giữ lưu lượng truy cập giữa hai thiết bị: Các thiết bị chuyển mạch Switch giữ lưu lượng truy cập giữa hai thiết bị mà không ảnh hưởng đến các thiết bị khác trên cùng một mạng.

Kiểm soát quyền truy cập: Các cổng switch UTP cho phép kiểm soát quyền truy cập vào các phần khác nhau của mạng, giúp tăng cường bảo mật.

Theo dõi việc sử dụng: Các cổng switch UTP cho phép theo dõi việc sử dụng mạng của các thiết bị, giúp đưa ra quyết định cải thiện hiệu suất mạng.

Tốc độ giao tiếp: Các cổng switch UTP cho phép giao tiếp trong mạng của bạn nhanh hơn cả Internet, giúp tăng tốc độ truyền tải dữ liệu.

Điều chỉnh dễ dàng: Các cổng switch UTP cao cấp có các mô-đun có thể cắm để điều chỉnh chúng theo nhu cầu của mạng.

Quản lý dễ dàng: Các cổng switch UTP được quản lý thông qua giao diện dựa trên web tương tự như một router nhà, giúp dễ dàng quản lý mạng của bạn.

>>> Xem thêm bài viết: Tổng hợp các loại dây cáp mạng phổ biến nhất hiện nay 

Ưu điểm của việc sử dụng switch thay cho hub

Switch thông minh là thiết bị mạng hiệu quả hơn và ổn định hơn so với Ethernet Hub. Điều này bởi vì bộ Hub chỉ thực hiện việc truyền dữ liệu đến tất cả các cổng khác có trên hub, không phân biệt đối tượng nhận dữ liệu. Do đó, hiệu suất mạng bị ảnh hưởng và dễ xảy ra xung đột.

Trong khi đó, Switch có khả năng phân biệt và gửi dữ liệu chỉ đến thiết bị/cổng đích, giúp giảm đáng kể xung đột và tăng tốc độ truyền dữ liệu. Mặc dù giá thành của Switch thường cao hơn Hub, nhưng nếu bạn cần một mạng LAN nhanh, ổn định và đáng tin cậy thì nên lựa chọn Switch.

Đối với các mạng LAN nhỏ, sự khác biệt về tốc độ truyền tải giữa Hub và Switch có thể không quá đáng kể. Nhưng khi bạn kết nối nhiều thiết bị hơn vào mạng, Switch sẽ cho thấy sự ưu việt của mình trong việc cung cấp tốc độ truyền dữ liệu nhanh và đáng tin cậy hơn.

Tạm kết

Như vậy, Ethernet Switch là một phần quan trọng của cơ sở hạ tầng mạng hiện đại, giúp tăng tốc độ truyền tải dữ liệu và giảm độ trễ trong mạng. Với khả năng phân biệt người nhận và quản lý lưu lượng truyền tải, Switch đã trở thành sự lựa chọn phổ biến hơn so với Ethernet Hub. Tùy thuộc vào nhu cầu và mục đích sử dụng, có nhiều loại Switch khác nhau, từ unmanaged Switch đơn giản đến Smart Switch có tính năng quản lý và bảo mật cao. Sử dụng Ethernet Switch có thể giúp cải thiện hiệu suất mạng và đảm bảo sự ổn định của hệ thống.