Thiết bị switch: cấu tạo, nguyên lý hoạt động, tính năng

Các thiết bị switch chia mạng là tiện ích hỗ trợ đắc lực cho các hệ thống mạng lớn hiện nay. Giúp việc sử dụng mạng của các hệ thống lớn trở nên trơn tru và hiệu quả hơn. Với yêu cầu ngày càng đa dạng như hiện nay bộ chuyển mạch switch ngày càng cần thiết.  Vậy tại sao lại cần đến các thiết bị switch? Cùng tìm hiểu rõ hơn qua bài viết này nhé.

Thiết bị Switch là gì?

Thiết bị switch hay bộ chuyển mạch switch với chức năng chuyển mạch giúp truyền dữ liệu và tài nguyên một cách trơn tru nhất. Khả năng chính là kết nối các đoạn mạch theo mô hình mạng sao (Star). Thiết bị switch đóng vai trò như là một thiết bị trung tâm của hệ thống mạng, kết nối với các máy tính vệ tinh xung quanh.

Nhờ vào số lượng cổng port mà switch sở hữu, switch có thể kết nối được với nhiều segment. Bộ chuyển mạch switch giúp chọn đường dẫn tối ưu để chuyển Frame dựa trên địa chỉ MAC nguồn. Thông qua đó giúp tăng hiệu quả hoạt động của mạng LAN.

Bộ chia mạng switch cũng có chức năng tương tự như Hub nhưng thông minh hơn. Switch tương tự như Router, tuy nhiên khả năng giao tiếp Node-to-node của switch trên một mạng hạn chế hơn.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ chia mạng switch

Tuy có khả năng như Hub và Router nhưng switch vẫn có cấu tạo và nguyên lý hoạt động riêng. Vậy cấu tạo và nguyên lý hoạt động của switch là gì?

Cấu tạo thiết bị switch

Một bộ switch chia mạng gồm có 2 phần chính như sau:

• Phần cứng (Hardware): nguồn điện cấp, CPU, bộ nhớ, bo mạch chủ, các Bus hệ thống, các cổng kết nối (port) và một khung vỏ nhựa bảo vệ (sắt hoặc nhựa).
• Phần mềm (Software): Các thuật toán được cài đặt trên hệ điều hành OS.

Nguyên lý hoạt động thiết bị switch

Khi một thiết bị trong mạng LAN muốn truyền dữ liệu đến một thiết bị khác, nó sẽ đi vào bộ chia mạch. Tại đây bộ chia mạch sẽ ghi lại địa chỉ truy cập (MAC) của thiết bị, một mã sẽ được đưa vào thẻ giao diện (NIC) của thiết bị. Switch dùng địa chỉ MAC để biết gói tin được gửi đi đâu và xuất phát từ đâu. Sau khi đọc dữ liệu switch sẽ xác định được địa chỉ đích cần gửi và gửi gói tin đến đó. 

Vai trò của bộ chuyển mạch switch

• Giúp host hoạt động với công suất cao: Switch giúp các host hoạt động ở chế độ song song giữa đọc – ghi, nghe – đọc cùng thời điểm.
• Kết nối nhiều thiết bị: Các thiết bị sẽ được kết nối thông qua cổng port của switch. Đa dạng các loại thiết bị có thể kết nối như máy tính, máy in, máy chủ,…
• Hiệu suất hoạt động tốt: Switch chia nhỏ mạng thành các segment riêng biệt, giảm thiểu xung đột dữ liệu và tối ưu băng thông. Nhờ khả năng chuyển Frame bằng địa chỉ MAC giúp nhận biết chính xác nơi đưa dữ liệu đến.
• Hạn chế xung đột hiệu quả: Bộ chuyển mạch switch thiết lập mạch ảo giữa hai cổng tương ứng giúp việc truyền dữ liệu không bị xung đột với nhau.
• Khả năng mở rộng: Hỗ trợ nhiều cổng kết nối với nhiều tốc độ (10Mbps, 100Mbps, 10Gbps,… Khả năng kết nối với các switch khác thêm lớp 2 hoặc lớp 3 để mở rộng phạm vi mạng.
• Tiết kiệm chi phí: Switch chia sẻ tài nguyên cùng hệ thống với các thiết bị máy in, máy quét,… Giúp tối ưu chi phí hơn việc phải trang bị riêng cho từng máy.

Tính năng của thiết bị switch

Bộ chuyển mạch switch sở hữu 2 tính năng mà Hub và Router không có, bao gồm:

Switch chia mạng thành những hệ thống nhỏ

Switch chia hệ thống mạng thành các segment nhỏ được gọi là microsegment. Đảm bảo tối ưu hiệu suất và bảo mật cho các thiết bị.

Ưu điểm có thể kể đến như:

• Giúp thiết bị truyền tải dữ liệu độc lập mà không ảnh hưởng đến nhau
• Giảm thiểu nguy cơ xung đột
• Tăng khả năng bảo mật và kiểm soát quyền truy cập cho từng segment riêng biệt.

Cung cấp băng thông lớn hơn

Switch tạo ra các miền đụng độ nhỏ hơn nhờ vậy băng thông được tối ưu hơn cho người dùng.

Ưu điểm có thể kể đến như: 

• Mỗi băng thông hoạt động với đường truyền riêng giúp tốc độ truy cập ổn định và nhanh chóng hơn. 
• Hạn chế tình trạng tắc nghẽn trên môi trường có nhiều thiết bị sử dụng.
• Đáp ứng nhu cầu truyền dữ liệu lớn của người dùng.

Các loại thiết bị switch

Các thiết bị switch hiện nay được phân loại tùy thuộc vào chức năng và tính năng của thiết bị. Các cách phân loại thiết bị switch phổ biến điển hình như:

Theo tính năng

Theo tính năng switch được chia làm 2 loại chính bao gồm: Switch Managed (Switch được quản lý) và Switch Unmanaged (Switch không được quản lý).

– Switch Managed: Đảm bảo cấu hình chi tiết, linh hoạt hơn với khả năng tùy chỉnh phù hợp với hệ thống mạng. Hỗ trợ nhiều tính năng như: VLAN, CLI, SNMP, định tuyến IP, QoS,… Đảm bảo độ bảo mật cao nhờ khả năng quản lý truy cập.

Ưu điểm: 

• Phù hợp với hệ thống mạng phức tạp đòi hỏi bảo mật cao. 
• Dễ dàng quản lý và theo dõi trạng thái mạng.
• Ứng dụng trong các công ty lớn, phòng thí nghiệm, trung tâm dữ liệu

– Switch Unmanaged: Ngược lại với Switch managed. Không cho phép người dùng cài đặt cấu hình, tất cả đều được cài đặt mặc định. Cung cấp ít tính năng hơn, dung lượng nhỏ hơn. 

Ưu điểm: 

• Giá thành rẻ hơn so với switch được quản lý
• Dễ sử dụng và cài đặt
• Thích hợp cho hệ thống mạng đơn giản, ít người dùng không cần cấu hình phức tạp.
• Ứng dụng đối với mạng gia đình, văn phòng nhỏ, cửa hàng kinh doanh nhỏ lẻ.

Theo chức năng

Phân loại theo chức năng bộ chia mạng switch được chia làm 3 loại chính gồm Workgroup Switch, Segment Switch, Backbone Switch.

• Workgroup switch: Được dùng để kết nối các máy tính trực tiếp với nhau tạo thành một mạng ngang hàng. Sử dụng bộ nhớ không quá lớn và nhu cầu tốc độ xử lý ở mức trung bình.
• Segment Switch: Được dùng để kết nối các Hub và các workgroup switch với nhau. Tạo nên liên kết ở tầng mạng thứ 2. Yêu cầu tốc độ xử lý phải cao để xử lý nhiều kết nối.
• Backbone Switch: Được dùng để kết nối các Segment Switch với nhau. Đây cũng là loại Switch có công năng lớn nhất yêu cầu bộ nhớ phải lớn và tốc độ xử lý nhanh. Do phải kết nối nhiều hệ thống, chứa nhiều địa chỉ. 

Theo phân loại khác

Thêm vào đó thiết bị switch còn được phân loại theo các yếu tố khác như:

• Theo số cổng: 4 port, 8 port, 12 port, 16 port, 24 port, 48 port.
• Theo nguồn cấp: Cấp nguồn qua PoE hoặc không cấp nguồn qua PoE
• Theo số lớp hoạt động: Switch layer 1 (1 lớp), Switch layer 2 (2 lớp), Switch layer 3 (3 lớp).
• Theo công nghệ: Switch Ethernet POE, Switch Ethernet 10/100Mbps, Switch Ethernet 10/100/1000Mbps (Switch Gigabit), Switch cổng Quang.
• Theo vị trí hoạt động: Switch công nghiệp, Access Switch.

Switch là một thiết bị vô cùng hữu ích trong các hệ thống mạng hiện nay. Trên đây là những thông tin tổng quan về thiết bị switch. Hy vọng bạn đã có cho mình những thông tin cần thiết để lựa chọn lắp đặt switch theo nhu cầu nhé.