Thiết bị chuyển mạch

Thiết bị chuyển mạch (tiếng Anh: switch) là một thiết bị mạng dùng để kết nối các phần của mạng theo cấu trúc hình sao (star). Trong cấu trúc này, switch đóng vai trò trung tâm, nơi tất cả các máy tính và thiết bị mạng đều kết nối về đây để giao tiếp với nhau.

Switch hoạt động như một Bridge nhiều cổng. Khác với Hub, khi nhận tín hiệu từ một cổng và phát ra tất cả các cổng khác, switch nhận tín hiệu vật lý, chuyển đổi thành dữ liệu, kiểm tra địa chỉ đích, và chỉ gửi dữ liệu đến cổng tương ứng.

Hỗ trợ công nghệ Full Duplex giúp mở rộng băng thông của đường truyền mà không cần sử dụng repeater hay Hub.

Theo mô hình tham chiếu OSI, switch hoạt động chủ yếu ở tầng liên kết dữ liệu, tuy nhiên cũng có một số loại switch cao cấp hoạt động ở tầng mạng.

Tầng 1

Hub (với một cổng vào và nhiều cổng ra) và bộ lặp (với một cổng vào và một cổng ra) là những thiết bị mạng cơ bản không quản lý lưu lượng dữ liệu. Bất kỳ gói tin nào vào cổng sẽ được 'lặp lại' trên tất cả các cổng khác, ngoại trừ cổng nhập vào. Do đó, sự va chạm của gói tin ảnh hưởng đến toàn bộ mạng, giới hạn băng thông chung. Bộ lặp dùng để khuếch đại tín hiệu và chuyển tiếp tất cả tín hiệu điện từ cổng vào đến cổng ra. Trong khi đó, hub được sử dụng để kết nối nhiều thiết bị Ethernet.

Từ đầu những năm 2000, sự khác biệt về giá giữa hub và switch cấp thấp trở nên không đáng kể, do đó hub đã gần như hoàn toàn bị thay thế bởi switch.

Switch lớp 2

Switch ở lớp 2, cơ bản là một cầu nối trong suốt (transparent bridging) với nhiều cổng, mỗi cổng tương ứng với một đoạn mạng Ethernet LAN và hoạt động độc lập với các cổng khác. Việc truyền gói tin dựa hoàn toàn vào địa chỉ MAC trong gói, và gói tin chỉ được gửi đi khi địa chỉ gốc đã được xác định.

Lợi ích của Switch:

• Các thiết bị được kết nối gián tiếp qua các cổng của switch.
• Switch cho phép các thiết bị hoạt động ở chế độ song công (có thể truyền và nhận dữ liệu đồng thời).
• Không cần phải chia sẻ băng thông. Mỗi cổng của switch quản lý băng thông riêng của nó.
• Giảm tỷ lệ lỗi trong frame. Switch kiểm tra lỗi trong frame và chỉ lưu lại và chuyển tiếp các gói tin hợp lệ (công nghệ store-and-forward).
• Có thể giới hạn lưu lượng truyền đi theo một mức ngưỡng nhất định.

Switch lớp 2 có các giao diện khác nhau như 10Mbps, 100Mbps, 1Gbps, 10Gbps... và hỗ trợ giao tiếp full-duplex trên từng cổng. Nó cũng giúp mở rộng mạng và kết nối với phần còn lại của mạng thông qua các cổng tốc độ cao, gọi là các cổng uplink, có thể kết nối với các switch lớp 2 khác hoặc các bộ định tuyến lớp 3.

So sánh giữa Switch L2 và repeater

Repeater hoạt động ở tầng vật lý (tầng 1 của mô hình OSI) và xử lý tín hiệu điện và quang học, trong khi Switch L2 hoạt động ở tầng liên kết dữ liệu và làm việc với các khung dữ liệu ở lớp 2. Repeater chủ yếu dùng để mở rộng chiều dài của mạng LAN hoặc tăng số lượng nút trong mạng, trong khi Switch L2 có khả năng chuyển tiếp khung dữ liệu một cách thông minh giữa các nút nguồn và đích trong mạng LAN.

Khi sử dụng bộ lặp để kết nối hai phân đoạn mạng LAN, hai phân đoạn đó sẽ tạo thành một miền va chạm duy nhất, vì bộ lặp chuyền tất cả các khung từ một phân đoạn sang phân đoạn khác mà không phân biệt. Ngược lại, khi sử dụng Switch L2 để kết nối nhiều phân đoạn, nó giúp duy trì từng phân đoạn như một miền va chạm riêng biệt. Giao thông giữa các nút trong cùng một phân đoạn sẽ được giữ trong phân đoạn đó, trong khi giao thông giữa các nút ở các phân đoạn khác sẽ được chuyển tiếp qua các cổng của Switch L2.

Một điểm khác biệt quan trọng là mặc dù Repeater có nhiều cổng nhưng tất cả các cổng đều có cùng tốc độ, còn Switch L2 có thể có cổng với các tốc độ khác nhau. Thậm chí, một cổng duy nhất trên Switch L2 có thể hoạt động ở nhiều tốc độ khác nhau tùy thuộc vào tốc độ của thiết bị kết nối. Switch L2 hỗ trợ nhiều loại giao diện và có thể kết nối các phân đoạn mạng LAN với các công nghệ khác nhau, chẳng hạn như phân đoạn Ethernet và phân đoạn vòng Token.

So sánh giữa Switch L2 và bridge

Trước đây, thuật ngữ Bridge được sử dụng để chỉ các thiết bị giống như switch L2, khi phần cứng cần kết hợp với phần mềm riêng để hoạt động. Bridge chủ yếu được dùng để kết nối các phần của mạng LAN nhằm mở rộng mạng và duy trì mỗi phân đoạn của mạng như một miền va chạm riêng biệt.