Việc xây dựng một mạng đáng tin cậy và hiệu suất cao là vô cùng quan trọng đối với doanh nghiệp, và thành phần cốt lõi của mọi hệ thống mạng chính là bộ chuyển mạch Ethernet Switch phù hợp. Trong mạng cấp doanh nghiệp, bộ chuyển mạch Gigabit Switch Layer 2 và Gigabit Switch Layer 3 được sử dụng phổ biến, mang lại sự cân bằng hoàn hảo giữa loại cổng (RJ45/ SFP), tốc độ truyền dữ liệu nhanh chóng, trở thành lựa chọn lý tưởng cho các mạng doanh nghiệp, tổ chức.
Việc lựa chọn bộ chuyển mạch Switch Layer 2 hay Switch Layer 3 phù hợp nhất với nhu cầu cụ thể của mạng có thể khá khó khăn. Bài viết này cung cấp thông tin cơ bản của 2 loại Switch này để đơn giản hóa quá trình ra quyết định của quản trị viên mạng bằng cách cung cấp các tính năng chính cần cân nhắc, so sánh giữa các bộ chuyển mạch Switch lớp 2 và Switch lớp 3, đồng thời với những khuyến nghị. Điều này có thể giúp các quản trị viên, dù đang nâng cấp cơ sở hạ tầng hay xây dựng mạng mới sẽ có thể tham khảo những thông tin cần thiết để đưa ra lựa chọn sáng suốt.
Contents
Thiết bị chuyển mạch Lớp 2 hay Layer 2 Switch là gì?
Thiết bị chuyển mạch Lớp 2 hay Layer 2 Ethernet Switch, còn được gọi là thiết bị chuyển mạch lớp liên kết dữ liệu, là một thiết bị mạng hoạt động ở lớp liên kết dữ liệu của mô hình OSI. Mục đích của nó là kết nối các thiết bị trên cùng một mạng và chuyển tiếp dữ liệu giữa chúng dựa trên địa chỉ MAC của chúng.
Thiết bị này giúp tăng hiệu suất và giảm tắc nghẽn mạng bằng cách chỉ gửi dữ liệu đến đúng cổng đích, thay vì phát tán đến tất cả các cổng như bộ chia mạng HUB. Chúng thường được sử dụng trong mạng cục bộ (LAN) và là thành phần quan trọng trong mạng doanh nghiệp, đặc biệt là ở lớp phân phối và lớp truy cập.
Thiết bị chuyển mạch Switch Lớp 2 hoạt động như thế nào?
Thiết bị chuyển mạch Switch Lớp 2 hoạt động bằng cách kiểm tra địa chỉ MAC của các khung dữ liệu đến và chuyển tiếp chúng đến cổng thích hợp. Điều này tạo ra một kết nối chuyên dụng giữa các thiết bị, giảm miền xung đột và nâng cao hiệu suất mạng.
Thiết bị chuyển mạch Switch Lớp 2 cũng có thể tạo các mạng LAN ảo (VLAN) để phân chia mạng vật lý thành các phân đoạn nhỏ hơn một cách logic. Điều này cải thiện tổ chức, bảo mật và hiệu suất mạng.
Các tính năng chính của Switch Lớp 2
- Học địa chỉ MAC: Switch Lớp 2 học địa chỉ MAC của các thiết bị trong mạng và sử dụng thông tin này để chuyển tiếp các khung dữ liệu đến đích.
- Hỗ trợ VLAN: Switch Lớp 2 hỗ trợ VLAN, cho phép quản trị viên mạng tạo nhiều mạng logic trên một mạng vật lý duy nhất. Điều này cải thiện bảo mật, hiệu suất và khả năng quản lý mạng.
- Giao thức Spanning Tree (STP): Switch Lớp 2 hỗ trợ STP, giúp ngăn ngừa vòng lặp mạng bằng cách chặn các liên kết dư thừa. Điều này đảm bảo độ tin cậy và thời gian hoạt động của mạng.
- Tổng hợp liên kết: Switch Lớp 2 có thể hỗ trợ tổng hợp liên kết, kết hợp các liên kết vật lý thành một kết nối logic duy nhất. Điều này cải thiện khả năng phục hồi của mạng và tăng băng thông khả dụng.
Lợi ích của việc sử dụng thiết bị chuyển mạch Switch Layer 2
- Cải thiện hiệu suất mạng: Thiết bị chuyển mạch Lớp 2 giảm tắc nghẽn, tăng băng thông khả dụng để truyền dữ liệu nhanh hơn và cải thiện hiệu suất ứng dụng.
- Tổ chức mạng tốt hơn: VLAN chia mạng thành các phân đoạn nhỏ hơn, tăng cường tổ chức và đơn giản hóa việc quản lý.
- Bảo mật mạng được cải thiện: VLAN tách biệt lưu lượng nhạy cảm với các lưu lượng khác, cải thiện bảo mật mạng.
- Tăng khả năng phục hồi của mạng: Tổng hợp liên kết tự động phân phối lại lưu lượng trên các liên kết khả dụng trong trường hợp xảy ra lỗi, cải thiện khả năng phục hồi của mạng.
Hạn chế của thiết bị chuyển mạch Switch Layer 2
- Khả năng mở rộng hạn chế: Thiết bị chuyển mạch Lớp 2 không phù hợp với các mạng quy mô lớn với hàng nghìn thiết bị do quyết định chuyển tiếp dựa trên địa chỉ MAC của chúng.
- Khả năng định tuyến hạn chế: Thiết bị chuyển mạch Lớp 2 không thể thực hiện chức năng định tuyến, hạn chế tính hữu dụng của chúng trong các tình huống mạng cụ thể.
- Khả năng hiển thị bị hạn chế: Thiết bị chuyển mạch Lớp 2 cung cấp khả năng hiển thị lưu lượng mạng kém hơn so với thiết bị chuyển mạch Lớp 3, khiến việc chẩn đoán và khắc phục sự cố mạng trở nên khó khăn hơn.
Switch Lớp 3 hay Layer 3 Switch là gì?
Switch Lớp 3 hay Layer 3 Ethernet Switch là một thiết bị mạng mạnh mẽ, kết hợp tốc độ và hiệu suất của Switch mạng truyền thống với khả năng định tuyến của router. Nó hoạt động ở lớp mạng của mô hình OSI (Lớp 3), cho phép xử lý các chức năng định tuyến và chuyển mạch một cách liền mạch.
Switch Lớp 3 khác với Switch Lớp 2 như thế nào?
Trong khi switch Lớp 2 tập trung vào việc chuyển tiếp khung dữ liệu giữa các thiết bị ở lớp liên kết dữ liệu (Lớp 2), switch Lớp 3 còn làm được nhiều hơn thế. Nó có thể định tuyến các gói IP giữa các mạng con khác nhau và thực hiện các chức năng định tuyến nâng cao như định tuyến dựa trên chính sách và chất lượng dịch vụ (QoS).
Ưu điểm của việc sử dụng Switch Lớp 3
Switch Lớp 3 chính là công cụ đắc lực để cải thiện hiệu suất mạng. Nó cung cấp khả năng định tuyến các gói IP nhanh hơn và hiệu quả hơn so với bộ định tuyến truyền thống. Với khả năng định tuyến các gói ở tốc độ đường truyền, công suất xử lý và giới hạn bộ nhớ không còn là vấn đề đáng lo ngại nữa. Switch Lớp 3 cho phép sử dụng mạng LAN ảo (VLAN) và phân đoạn mạng tốt hơn, giúp nâng cao bảo mật và hiệu suất.
Các tính năng chính của Switch Lớp 3
- Khả năng định tuyến: Chọn đường dẫn tốt nhất cho lưu lượng, triển khai QoS và sử dụng các chính sách để chuyển tiếp lưu lượng.
- Hỗ trợ giao thức nâng cao: Tận hưởng các tính năng như OSPF và BGP để định tuyến hiệu quả hơn.
Quản lý VLAN: Tạo và dễ dàng quản lý VLAN, đồng thời triển khai gắn thẻ VLAN. - Hỗ trợ đa hướng: Xử lý lưu lượng đa hướng và triển khai định tuyến đa hướng.
- Hiệu suất cao: Trải nghiệm mật độ cổng và thông lượng cao hơn so với các bộ định tuyến truyền thống.
Khả năng định tuyến của Switch Lớp 3
Ở cấp độ phần cứng, Switch Lớp 3 sử dụng các mạch tích hợp chuyên dụng (ASIC) để xử lý việc chuyển mạch và định tuyến nhanh các gói tin IP. Nó cũng quản lý các tác vụ như cấu hình và giám sát thiết bị. Về mặt phần mềm, Switch Lớp 3 sử dụng các giao thức định tuyến như OSPF và BGP để xây dựng và duy trì các bảng định tuyến, thực hiện lọc gói tin và triển khai cân bằng tải. Bằng cách xử lý định tuyến hiệu quả, hiệu suất mạng được tối ưu hóa.
Tổng quan về mô hình OSI và Switch Layer 2 và Switch Layer 3
Các kỹ sư mạng sử dụng mô hình OSI để hiểu cách thức giao tiếp của hệ thống máy tính, một khuôn khổ khái niệm giải thích sự tương tác giữa các thiết bị và giao thức. Mô hình bao gồm bảy lớp, mỗi lớp có các chức năng cụ thể.
Khi kết nối nhiều thiết bị trên cùng một mạng, các switch sẽ phát huy tác dụng. Các thiết bị này kiểm tra và chuyển tiếp các gói dữ liệu đến đúng đích. Switch Lớp 2 hoạt động ở lớp liên kết dữ liệu, trong khi switch Lớp 3 hoạt động ở lớp mạng.
Những điểm khác biệt chính về chức năng
Switch Lớp 2 hoạt động trong một phân đoạn mạng duy nhất, chuyển tiếp các khung Ethernet dựa trên địa chỉ MAC. Chúng hỗ trợ phân tách VLAN thiết yếu nhưng không thực hiện chức năng định tuyến.
Switch Lớp 3 tiến xa hơn một bước, định tuyến các gói IP. Chúng có thể kết nối nhiều phân đoạn mạng, cho phép giao tiếp giữa các thiết bị trên các mạng con khác nhau. VLAN và danh sách kiểm soát truy cập (ACL) cũng được hỗ trợ, mang lại khả năng bảo mật và kiểm soát lưu lượng mạng tốt hơn.
Kết nối LAN và WAN
Switch Lớp 2 thường được sử dụng trong môi trường LAN để kết nối các thiết bị trong một phân đoạn mạng duy nhất. Mặt khác, bộ chuyển mạch Lớp 3 kết nối các phân đoạn LAN khác nhau hoặc một LAN với một mạng diện rộng (WAN) như Internet.
Khả năng xử lý gói tin
Một sự khác biệt đáng kể giữa bộ chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3 nằm ở khả năng xử lý gói tin của chúng. Bộ chuyển mạch Switch Lớp 2 chuyển tiếp các khung Ethernet dựa trên địa chỉ MAC, trong khi bộ chuyển mạch Switch Lớp 3 chuyển tiếp các gói tin IP bằng địa chỉ mạng.
Khả năng định tuyến
Bộ chuyển mạch Switch Lớp 2 không có chức năng định tuyến, hạn chế khả năng kết nối nhiều mạng. Ngược lại, bộ chuyển mạch Switch Lớp 3 thực hiện định tuyến giữa các mạng, cho phép kết nối nhiều mạng LAN khác nhau và cung cấp quyền truy cập Internet.
Hỗ trợ VLAN và ACL
VLAN phân đoạn mạng, tạo ra các miền riêng biệt, trong khi ACL quản lý lưu lượng mạng. Switch Lớp 2 hỗ trợ phân tách VLAN thiết yếu nhưng thiếu khả năng ACL. Mặt khác, switch Lớp 3 hỗ trợ VLAN và cung cấp chức năng ACL nâng cao hơn để kiểm soát lưu lượng mạng tốt hơn.
Ưu điểm của Switch Lớp 3
Ưu điểm chính của switch Lớp 3 là khả năng thực hiện các chức năng định tuyến, kết nối nhiều phân đoạn LAN và cung cấp kết nối internet. Ngoài ra, chúng còn cung cấp khả năng kiểm soát lưu lượng mạng tốt hơn thông qua hỗ trợ VLAN và ACL.
Nên sử dụng bộ chuyển mạch Switch Lớp 2 hay Switch Lớp 3
Việc lựa chọn giữa switch Lớp 2 và switch Lớp 3 phụ thuộc vào nhu cầu cụ thể của mạng. Switch Lớp 2 lý tưởng cho các mạng nhỏ với yêu cầu kết nối cơ bản. Switch Lớp 3 phù hợp hơn cho các mạng rộng lớn hơn với nhu cầu định tuyến nâng cao và khả năng kiểm soát lưu lượng mạng được nâng cao.
- Bộ chuyển mạch Switch Lớp 2 phù hợp với môi trường mạng LAN, nơi tốc độ và độ trễ thấp là yếu tố quan trọng.
- Bộ chuyển mạch Switch Lớp 3 xử lý định tuyến liên mạng VLAN và cung cấp các dịch vụ mạng tiên tiến như QoS và bảo mật. Chúng rất quan trọng đối với các tổ chức lớn có nhiều VLAN và mô hình lưu lượng mạng phức tạp, cũng như để kết nối các mạng LAN ở các vị trí khác nhau qua mạng WAN.
Ví dụ, một bộ chuyển mạch Switch Lớp 2 có thể cung cấp kết nối cơ bản đầy đủ trong một mạng văn phòng nhỏ với ít thiết bị. Tuy nhiên, một bộ chuyển mạch Switch Lớp 3 là cần thiết để kết nối giữa các phân đoạn mạng LAN và truy cập internet trong các tổ chức lớn hơn với nhiều địa điểm và nhân viên làm việc từ xa.
Khi nào nên sử dụng bộ chuyển mạch Switch Lớp 2
Bộ chuyển mạch Lớp 2 phù hợp với các mạng vừa và nhỏ, yêu cầu kết nối tốc độ cao giữa các thiết bị trong cùng một phân đoạn mạng. Bộ chuyển mạch Lớp 2 phân đoạn mạng thành các miền nhỏ hơn trong môi trường mạng LAN, giúp giảm tắc nghẽn và cải thiện hiệu suất.
Khi nào nên sử dụng bộ chuyển mạch Switch Lớp 3
Bộ chuyển mạch Switch Lớp 3 phù hợp với các mạng cần định tuyến liên VLAN, QoS và các tính năng bảo mật. Ví dụ: trong các tổ chức lớn có nhiều VLAN, các nút Lớp 3 cho phép định tuyến giữa các VLAN. Chúng cũng được sử dụng để kết nối các mạng LAN ở các vị trí khác nhau qua mạng WAN.
Cách sử dụng bộ chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3 trong kiến trúc mạng:
Trong kiến trúc ba tầng truyền thống, bộ chuyển mạch Lớp 2 cung cấp kết nối nhanh ở lớp truy cập, trong khi bộ chuyển mạch Lớp 3 xử lý định tuyến và các tính năng nâng cao ở lớp phân phối và lớp lõi.
Trong kiến trúc spine-leaf hiện đại, bộ chuyển mạch Switch Lớp 2 kết nối các thiết bị người dùng cuối với lõi ở lớp leaf layer, và bộ chuyển mạch Switch Lớp 3 xử lý định tuyến ở lớp spine layer, giúp đơn giản hóa khả năng mở rộng mạng.
Giải pháp kết hợp thiết bị chuyển mạch Switch Lớp 2 và Switch Lớp 3 trong thiết kế và khả năng mở rộng mạng
- Thiết bị chuyển mạch Switch Lớp 2 có thể hạn chế khả năng mở rộng mạng, vì chúng chỉ cung cấp kết nối trong cùng một phân đoạn. Điều này có thể gây ra tắc nghẽn, tốc độ chậm và các thách thức về quản lý.
- Sử dụng thiết bị chuyển mạch Switch Lớp 3 cho phép mở rộng mạng tốt hơn, vì chúng có thể xử lý định tuyến giữa nhiều phân đoạn. Chúng cũng cung cấp các dịch vụ mạng thông minh và an toàn, rất quan trọng đối với các tổ chức lớn có mô hình lưu lượng phức tạp.
Việc kết hợp thiết bị chuyển mạch Lớp 2 và Lớp 3 trong mạng giúp tối ưu hóa hiệu suất bằng cách tận dụng thế mạnh của cả hai loại. Thiết bị chuyển mạch Lớp 2 cung cấp kết nối tốc độ cao, trong khi thiết bị chuyển mạch Lớp 3 cung cấp định tuyến, QoS và bảo mật. Ví dụ: Node Lớp 2 có thể được sử dụng để kết nối thiết bị trong một tổ chức có nhiều VLAN, trong khi thiết bị chuyển mạch Lớp 3 xử lý định tuyến và các dịch vụ mạng nâng cao. Cách tiếp cận này tạo ra một kiến trúc mạng có khả năng mở rộng và dễ quản lý, được tối ưu hóa cho hiệu suất.
Các yếu tố quan trọng khi chọn Switch Layer 2 hay Switch Layer 3
Để đưa ra quyết định tốt nhất cho mạng của mình, có một số yếu tố quan trọng cần cân nhắc khi lựa chọn giữa Switch Layer 2 và Switch Layer 3.
Chức năng cơ cơ bản
- Switch Layer 2 hoạt động ở lớp liên kết dữ liệu và đưa ra quyết định chuyển tiếp dựa trên địa chỉ vật lý. Thiết bị này tiết kiệm chi phí cho các mạng vừa và nhỏ có lưu lượng truy cập thấp.
- Switch Layer 3 hoạt động ở lớp mạng và đưa ra quyết định chuyển tiếp dựa trên địa chỉ IP. Nó bao gồm tất cả các chức năng của Switch Layer 2 nhưng cũng có thể thực hiện các chức năng định tuyến.
Yêu cầu cụ thể
Hãy xem xét các yêu cầu và mục tiêu cụ thể của mạng. Switch Layer 3 là lựa chọn phù hợp nếu cần chức năng định tuyến nâng cao. Đối với mạng chỉ có một mạng con, switch Layer 2 là đủ.
Chi phí
Switch Layer 2 thường rẻ hơn do chức năng hạn chế. Tuy nhiên, chi phí có thể hợp lý nếu một thiết bị chuyển mạch Lớp 3 đáp ứng các yêu cầu cụ thể về hiệu suất và các tính năng quản lý nâng cao của mạng.
Độ phức tạp và khả năng mở rộng của mạng:
Hãy cân nhắc mức độ phức tạp và khả năng mở rộng mạng, thiết bị chuyển mạch Switch Lớp 3 là cần thiết cho việc định tuyến liên mạng VLAN và có thể ngăn chặn lưu lượng phát sóng ảnh hưởng đến nhiều mạng VLAN, cải thiện khả năng mở rộng mạng.
Kế hoạch mở rộng mạng trong tương lai:
Nếu mạng dự kiến sẽ phát triển đáng kể, việc đầu tư vào một thiết bị chuyển mạch Lớp 3 với khả năng định tuyến tiên tiến có thể là lựa chọn tốt hơn.