Thiết bị chuyển mạch là gì? Vai trò chung của thiết bị chuyển mạch

1. Giới thiệu chi tiết về thiết bị chuyển mạch là gì?

1.1. Thiết bị chuyển mạch là thiết bị gì?

Thiết bị chuyển mạch (hay còn được gọi là switch), là một bộ phận vô cùng quan trọng trong hệ thống mạng. Nó chính là thiết bị được sử dụng vào việc định tuyến hay nói cách khác thì thiết bị này sẽ dựa theo các thuật toán đã được cài sẵn, các thông số được cho trong giao thức cụ thể và các tham số trong nguồn dữ liệu để xác định, tạo ra một đường nối tạm thời với một thiết bị khác rồi sau đó trung chuyển dữ liệu đi.

Vậy nên một thiết bị chuyển mạch chia mạng có khả năng nối thẳng với các máy tính nguồn, đích hoặc là các thiết bị nối-chuyển khác, được dùng chung trong một giao thức hoặc là một kiến trúc. Trên thực tế thì một thiết bị chuyển mạch không những có khả năng trung chuyển dữ liệu cho một cặp mối nối mà ngoài ra nó còn có thể tạo ra đường nối khác cho nhiều cặp và vận chuyển đồng thời các dữ liệu này đi.

1.2. Vai trò và tầm ảnh hưởng của thiết bị chuyển mạch

1.2.1. Vai trò quan trọng của thiết bị chuyển mạch đối với hệ thống mạng

Thiết bị chuyển mạch là một thiết bị được dùng để kết nối các đoạn mạng với nhau theo mô hình mạng hình ngôi sao. Đối với mô hình này, thiết bị chuyển mạch đóng vai trò là thiết bị trung tâm, tất cả các máy tính sẽ đều được nối về đây và ở trong cùng một hệ thống mạng.

Thiết bị chuyển mạch hoạt động giống như một bridge đa cổng. Khác với HUB nhận tín hiệu từ một cổng rồi sau đó chuyển tiếp các tín hiệu đó tới tất cả các cổng còn lại thì thiết bị chuyển mạch chỉ nhận tín hiệu vật lý, chuyển đổi thành dữ liệu từ một cổng, sau đó kiểm tra địa chỉ đích rồi gửi tới một cổng khác tương ứng.

1.2.2. Tầm ảnh hưởng của thiết bị chuyển mạch

Thiết bị chuyển mạch quyết định tới việc chuyển frame dựa trên địa chỉ của MAC, do đó nó được xếp vào thiết bị Lớp 2. Việc Thiết bị chuyển mạch có khả năng lựa chọn đường dẫn để quyết định chuyển frame giúp mạng LAN hoạt động hiệu quả hơn. Thiết bị chuyển mạch có thể nhận biết được máy nào kết nối với cổng của nó bằng cách đọc địa chỉ MAC nguồn trong frame mà nó nhận được. Khi hai máy thực hiện liên lạc với nhau, Thiết bị chuyển mạch sẽ chỉ thiết lập một mạch ảo giữa hai cổng tương ứng mà không làm ảnh hưởng tới việc lưu thông ở trên các cổng khác. Do đó, mạng LAN sẽ có hiệu suất hoạt động cao hơn.

Thiết bị chuyển mạch tập trung các kết nối và quyết định chọn đường dẫn để truyền dữ liệu hiệu quả. Trong khi đó, Frame sẽ chuyển mạch từ cổng INPUT đến cổng OUTPUT. Mỗi cổng sẽ chính là một kết nối để cung cấp cho việc lựa chọn băng thông cho host.

Trong Ethernet Hub, tất cả các cổng sẽ kết nối vào một mạng chính, hoặc có thể nói là tất cả các thiết bị kết nối Hub sẽ cùng chia sẻ băng thông mạng. Tuy nhiên, nếu có hai máy trạm được thiết lập phiên kết nối thì chúng sẽ cùng sử dụng một lượng băng thông đáng kể và khiến các hoạt động của thiết bị còn lại kết nối vào Hub sẽ bị giảm xuống.

Để có thể giải quyết tình trạng trên thì thiết bị chuyển mạch xử lý mỗi cổng là một đoạn mạng (segment) riêng biệt. Khi các máy ở các cổng khác nhau cần liên lạc với nhau, Thiết bị chuyển mạch sẽ chuyển frame từ cổng này sang cổng kia và đảm bảo cung cấp chọn băng thông cho mỗi phiên kết nối. 

1.3. Các đặc điểm của Thiết bị chuyển mạch

1.3.1. Đảm nhiệm việc tách biệt trên từng đoạn mạng

Ethernet Switch sẽ chia các hệ thống mạng ra thành các đơn vị cực nhỏ, chúng được gọi là microsegment. Các segment này sẽ cho phép người dùng trên nhiều segment khác nhau có thể gửi dữ liệu cùng một lúc mà không làm chậm đến các hoạt động của mạng.

Với việc chia nhỏ hệ thống mạng sẽ làm giảm số lượng người dùng, thiết bị cùng chia sẻ một băng thông, mỗi segment sẽ là một miền đụng độ riêng biệt. Thiết bị chuyển mạch giới hạn lưu lượng băng thông chỉ chuyển gói tin đến đúng cổng cần thiết dựa trên địa chỉ MAC Lớp 2. 

1.3.2. Tăng thêm lượng băng thông

Thiết bị chuyển mạch sẽ cung cấp băng thông nhiều hơn cho người dùng bằng cách đó là tạo ra các miền đụng độ nhỏ hơn. Thiết bị chuyển mạch sẽ chia nhỏ các mạng LAN thành nhiều đoạn mạng (segment) nhỏ hơn. Mỗi segment này sẽ là một kết nối riêng giống như một làn đường riêng 100Mbps và mỗi server này có thể đặt trên một kết nối 100Mbps riêng.

Trong các hệ thống mạng hiện nay, Fast Ethernet Switch được sử dụng làm trục chính cho mạng LAN, còn Ethernet Switch, Ethernet Hub, … được sử dụng để kết nối xuống các máy tính.

2. Những tính năng chính của thiết bị thiết bị chuyển mạch là gì?

2.1. Là thiết bị để kết nối các đoạn mạng lại với nhau.

Thiết bị chuyển mạch có khả năng kết nối được nhiều segment lại với nhau tuỳ thuộc vào số cổng trên đó. Ngoài ra thì thiết bị chuyển mạch cũng học các thông tin của mạng thông qua các gói tin mà nó nhận được từ các máy. Ngoài ra, nó còn sử dụng các thông tin này để có thể xây dựng lên bảng Switch, bảng này sẽ cung cấp thông tin giúp các gói thông tin đến đúng với địa chỉ.

Thông thường thì thiết bị chuyển mạch sẽ có 2 chức năng chính đó là chuyển các khung dữ liệu từ nguồn đến đích và xây dựng các bảng Switch (thiết bị chuyển mạch).

2.2. Thiết bị chuyển mạch được chia thành những loại nào?

2.2.1. Workgroup Switch

Đây là loại thiết bị chuyển mạch được thiết kế với mục đích là để nối trực tiếp các máy tính lại với nhau thành một mạng ngang hàng. Tương ứng với một cổng của thiết bị chuyển mạch chỉ có duy nhất một địa chỉ máy tính trong bảng địa chỉ.

2.2.2.  Segment Switch

Segment Switch sẽ nối các Hub hay workgroup switch lại với nhau, hình thành một liên mạng ở tầng hai. Ứng với mỗi cổng trong từng trường hợp sẽ có nhiều địa chỉ máy tính khác nhau, chình vì vậy mà bộ nhớ sẽ cần thiết phải đủ lớn, tốc độ xử lý phải cao vì lượng thông tin cần xử lý tại thiết bị chuyển mạch là lớn rất lớn.

2.2.3. Backbone Switch

Backbone Switch có nhiệm vụ kết nối các segment switch lại với nhau. Bộ nhớ và tốc độ xử lý của thiết bị chuyển mạch sẽ phải rất lớn để có thể đủ chứa các địa chỉ cho tất cả các máy tính trong toàn liên mạng, đồng thời sẽ phải hoán chuyển kịp thời dữ liệu giữa các nhánh mạng với nhau.

3. Những đặc điểm chính của thiết bị chuyển mạch trong hệ thống mạng

Thông thường, thiết bị chuyển mạch sẽ có đặc điểm giống như các thiết bị tương tự khác như Hub hay Router. Tuy nhiên, thiết bị chuyển mạch sẽ có hai đặc điểm khác nhau:

- Đảm nhiệm việc phân chia, kết nối riêng biệt trên mỗi đoạn mạng: Thiết bị chuyển mạch sẽ chia nhỏ hệ thống mạng thành những đơn vị cực nhỏ gọi là microsegment. Điều này sẽ cho phép nhiều người dùng trên nhiều segment khác nhau có thể giao tiếp với nhau cũng như là gửi dữ liệu cùng lúc mà không làm ảnh hưởng đến người khác.

- Cung cấp băng thông lớn hơn cho mỗi người dùng bằng cách tạo ra các miền đụng độ nhỏ hơn. Thiết bị chuyển mạch sẽ chia nhỏ mạng LAN thành nhiều đoạn mạng nhỏ hơn, tương ứng với đó sẽ là một kết nối riêng biệt giống như là một làn đường riêng.

Trên đây là toàn bộ chia sẻ xung quanh thắc mắc thiết bị chuyển mạch là gì. Hi vọng với những chia sẻ bổ ích này sẽ giúp các bạn hiểu rõ hơn về vai trò và tầm ảnh thiết bị chuyển mạch là như thế nào đối với chúng ta.