Bộ chuyển mạch Layer 2 là thiết bị Switch được sử dụng phổ biến hiện nay trong các hệ thống mạng. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, tính năng nổi bật của Switch Layer 2 là gì? Hãy cùng VTech tìm hiểu chi tiết trong bài viết này nhé..

1/ Chuyển mạch switch layer 2 là gì?

Switch chuyển mạch Layer 2 là gì? Trước hết cần biết bộ chuyển mạch Switch là thiết bị chuyển mạch để kết nối các đoạn mạng trong hệ thống. Từ một nguồn mạng duy nhất, thiết bị Switch với nhiều cổng kết nối sẽ chia sẻ mạng cho nhiều thiết bị hoặc đoạn mạng nhỏ khác. Theo công nghệ và tính năng, thiết bị Switch được chia thành 2 loại là Switch Layer 2 và Switch Layer 3, trong đó thiết bị chuyển mạch Layer 2 vẫn phổ biến hơn cả.

Chuyển mạch Layer 2 là loại chuyển mạch hoạt động trên lớp liên kết dữ liệu OSI Layer 2. Kỹ thuật chuyển mạch của Switch Layer 2 là chuyển mạch trên phần cứng, dữ liệu được nhận từ mạng nguồn chuyển qua các thiết bị tải trong mạng cục bộ LAN.

Cấu tạo của một hệ chuyển mạch Layer 2 tương tự như cầu nối Bridge đa kênh, thiết bị mạng sẽ sử dụng một địa chỉ MAC xác định để nhận truyền dữ liệu. Các thiết bị trong hệ thống mạng không cần kết nối trực tiếp với nhau mà kết nối tới Switch để nhận tin. Vì vậy mỗi đầu nối với thiết bị Switch là một host hoạt động song song không liên quan đến nhau.

Như vậy Switch Layer 2 có thể thực hiện nhiều tác vụ cùng lúc riêng biệt như ghi, đọc, chuyển tiếp dữ liệu. Tuy nhiên chuyển mạch Layer 2 không chia sẻ băng thông, có khả năng tạo mạng riêng ảo VLAN giúp tối ưu theo nhóm, đảm bảo tốc độ truyền tải trong hệ thống.

2/ Nguyên lý hoạt động của switch layer 2

Nguyên lý hoạt động của chuyển mạch Layer 2 tương tự như công nghệ cầu nối Bridge ứng dụng trong phân đoạn mạng từ lâu. Thực tế công nghệ này đã phát triển từ những năm 1980 nhưng vẫn được đánh giá cao và sử dụng do phù hợp để xây dựng hệ thống truyền tải mạng hiện đại.

2.1/ Switch Layer 2 hoạt động theo nguyên lý cầu nối

Cụ thể nguyên lý hoạt động của Switch Layer 2 như sau:

• Switch Layer 2 có thể chia thành nhiều VLAN chia sẻ mạng đến các port, thường chia theo nhóm quản lý. Mỗi port là một đoạn mạng độc lập trong Ethernet LAN.
• Việc truyền tin từ Switch đến các Port dựa trên địa chỉ gốc MAC của các thiết bị nhận trong Port. Nếu không có địa chỉ MAC gói tin sẽ không được truyền đi. Điều này giúp việc quản lý truyền tin dễ dàng tuy nhiên sẽ bất lợi nếu xung quanh có nhiều mạng hoặc trạm phát khác.
• Từ Switch Layer 2 sẽ truyền đi các gói tin đến các địa chỉ port xác định dựa trên bảng địa chỉ MAC nguồn. Nếu một gói tin truyền đi đã được đính địa chỉ MAC đích nhưng không tìm thấy địa chỉ này trong bảng thì gói tin sẽ bị giữ lại. Tình trạng này gọi là unknown unicast flooding, hay thường gọi là Switch bị tràn.

• Trong trạng thái hoạt động, Chuyển mạch Layer 2 sẽ liên tục truyền đi các gói tin đến port bằng địa chỉ MAC. Thuật toán STP được xây dựng để đảm bảo việc hoạt động liên tục này bằng cách tạo mạng lặp tự do. Ở đó các gói tin không truyền được đến đích sẽ truyền qua mạng lặp.
• Các gói tin truyền liên tục đến các port trong hệ thống mạng kết nối với bộ chuyển mạch Layer 2 được đặt trong hàng xếp. Tùy theo cài đặt mà hàng xếp có thứ tự ưu tiên khác nhau, để đảm bảo các gói tin quan trọng được truyền đến trước, gói tin ít quan trọng hơn sẽ truyền đến sau.
• Cơ chế này đảm bảo dù lưu lượng truyền tin lớn thì vẫn không xảy ra tình trạng xáo trộn dẫn đến mất dữ liệu. Trong mỗi hàng xếp gói tin truyền tới một port cụ thể, Switch sẽ xem xét chi tiết từng gói tin truyền tới đâu, có nên truyền đi không và truyền đi như thế nào. Những gói tin không đáp ứng điều kiện sẽ bị Switch giữ lại.
• Trong Switch Layer 2, các port hoạt động song song và độc lập, không chia sẻ băng thông, giảm tỷ lệ lỗi trong frame (do gói tin xấu bị giữ lại). Tuy nhiên hệ thống chuyển mạng này có thể bị giới hạn lưu lượng truyền.

2.2/ Chuyển mạch Switch Layer 2 kiểm tra chi tiết gói tin

Khi nhiều gói tin truyền cùng lúc đến một port trong hệ thống, Switch Layer 2 sẽ đặt các gói tin vào hàng xếp. Ở đây mỗi gói tin sẽ được kéo ra để kiểm tra thông tin bao gồm: địa chỉ truyền tới, cách thức truyền đến, phân loại mức độ quan trọng và kiểm tra lỗi xem có nên truyền đi hay không.

Công đoạn kiểm tra gói tin gồm 3 bước như sau:

• Kiểm tra địa chỉ truyền đi thông qua bảng chuyển tiếp L2: Gói tin truyền sẽ kèm theo địa chỉ MAC đích, đây là chìa khóa để dò đến CAM. Gói tin được xếp vào đúng port nếu tìm thấy địa chỉ trong bảng VLAN phù hợp.
• Kiểm tra lỗi đánh giá có nên truyền gói tin hay không: dựa trên kiểm tra bảo mật ACLs, nghĩa là ACL được sử dụng để nhận dạng frame chuyển đến gồm những gì, giao thức, địa chỉ IP, Port number,… Bộ TCAM trong Switch Layer 2 gồm một bảng điều kiện để xác định gói tin có được phép truyền đến địa chỉ port hay không.
• Kiểm soát và điều khiển lưu lượng truyền: dựa trên thông số Qos ACL, nghĩa là ACL phân loại các gói tin dựa trên thông số Qos.

Công đoạn kiểm tra gói tin truyền đến các port của bộ chuyển mạch Layer 2 tương đối phức tạp nhưng đảm bảo được chất lượng gói tin truyền đi. Từ đó giảm tỷ lệ lỗi trong frame, giúp hệ thống hoạt động ổn định, bảo mật cao. Chỉ các gói tin tốt theo điều kiện đánh giá mới được lưu lại để truyền đến đích.

>>> Xem thêm: Bộ chuyển mạch Switch layer 3 là gì? Ứng dụng của chuyển mạch Switch layer 3

3/ Tính năng nổi bật của bộ chuyển mạch Layer 2

So với các thiết bị chia sẻ mạng hay bộ chuyển mạch khác, chuyển mạch Layer 2 có nhiều ưu điểm và tính năng nổi bật. Ưu điểm có thể kể đến như: lọc tập tin và giảm tỷ lệ lỗi trong frame, không chia sẻ băng thông nên giữ nguyên tốc độ mạng, các port kết nối gián tiếp qua switch và hoạt động ở chế độ song song đảm bảo tốc độ nhanh, không ảnh hưởng đến nhau. Ngoài ra Switch Layer 2 hiện đại có thể có nhiều kiểu chuyển, lọc, truyền tin thông minh khác.

Chuyển mạch Switch Layer 2 có một số tính năng nổi bật như:

3.1/ Tính năng lọc

Chuyển mạch Layer 2 có tính năng lọc các gói tin truyền đi theo địa chỉ port. Ngoài ra mỗi gói tin đều được đánh giá chất lượng, lỗi và sắp xếp thứ tự ưu tiên trước khi truyền đi.

3.2/ Tính năng địa chỉ

Các port kết nối với Switch Layer 2 để nhận truyền tin đều có địa chỉ MAC xác định. Thiết bị ghi nhớ địa chỉ MAC này trong bảng địa chỉ, lưu trữ trong phần cứng nguồn. Bảng này còn gọi là bảng chuyển tiếp, bảng bộ lọc. Mỗi gói tin để được truyền đi phải đi kèm với địa chỉ MAC đúng trong bảng.

3.3/ Tính năng tránh vòng lặp bằng giao thức STP

Switch Layer 2 tạo ra nhiều kết nối giữa các Switch để dự phòng nhưng có thể gây ra vòng lặp mạng. Do vậy thiết bị được trang bị giao thức STP, có khả năng ngăn chặn vòng lặp mạng có thể dẫn tới xung đột dữ liệu.

Trên đây là những thông tin về bộ chuyển mạch Switch Layer 2, một trong các thiết bị quan trọng của hệ thống mạng hiện đại. Những người làm việc trong lĩnh vực quản trị, lắp đặt mạng bắt buộc phải nắm được cách thức hoạt động cơ bản của chuyển mạch Layer 2. Nếu cần thêm thông tin gì hãy liên hệ với VTech để được hỗ trợ nhé.

Tham khảo thêm:

• So sánh bộ chuyển mạch Switch layer 2 và Switch layer 3
• Tìm hiểu ưu nhược điểm của chuyển mạch Switch POE