Bộ chuyển mạch cho LAN (LAN switch) hoạt động như thế nào?

Với lưu lượng truy cập tăng mạnh và CPU nhanh hơn trong các hệ thống máy tính, mạng LAN (Local Area Network - Mạng cục bộ) đang ngày càng bị tắc nghẽn và quá tải. Để giảm tắc nghẽn và cải thiện tốc độ mạng LAN, nhiều kỹ thuật viên CNTT tìm cách sử dụng công nghệ chuyển mạch LAN và LAN switch để cải thiện hiệu suất của các công nghệ Ethernet truyền thống, mà không cần phải thực hiện nâng cấp hệ thống dây tốn kém hoặc tốn thời gian cấu hình lại máy chủ. Vậy LAN switch là gì và nó thực hiện định tuyến lưu lượng truy cập bằng cách sử dụng công nghệ chuyển mạch LAN ra sao? Bài viết hôm nay sẽ cho bạn câu trả lời.

Khái niệm cơ bản về công nghệ chuyển mạch LAN

Chuyển mạch LAN là một hình thức chuyển mạch trong đó các gói dữ liệu được truyền từ máy tính này sang máy tính khác qua mạng LAN. Công nghệ chuyển mạch LAN rất quan trọng đối với thiết kế mạng, vì nó cho phép lưu lượng chỉ được gửi đến những nơi được yêu cầu. Chuyển mạch LAN chủ yếu bao gồm 3 loại phương thức chuyển đổi: Chuyển mạch Layer 2 bằng phần cứng dựa trên địa chỉ MAC, chuyển mạch Layer 3 dựa trên địa chỉ IP và chuyển mạch Layer 4 trong đó có thể xác định QoS (Quality of Service) cho mỗi người dùng. Trong số 3 phương thức này, chuyển mạch Layer 2 được sử dụng rộng rãi nhất cho phân đoạn mạng (network segmentation) trong mạng LAN. Như được minh họa bên dưới, LAN switch được kết nối giữa bridge và router để tạo thành 4 collision domain (miền xung đột). Nó cho phép một thiết kế mạng phẳng hơn với nhiều phân đoạn mạng hơn các mạng truyền thống (được tạo thành bởi repeater, hub và router).

Khái niệm cơ bản

Một mạng LAN thông thường bao gồm một hoặc nhiều LAN switch có thể được kết nối với router, modem hoặc bridge để truy cập Internet. Các thiết bị mạng khác như tường lửa, trình cân bằng tải và trình phát hiện xâm nhập mạng cũng có thể được bao gồm trong mạng LAN. Các mạng LAN nâng cao được đặc trưng bởi việc sử dụng các liên kết dự phòng với các LAN switch, bằng cách sử dụng giao thức Spanning Tree để ngăn chặn các vòng lặp, phân phối QoS và phân tách lưu lượng với Vlan.

LAN switch là gì?

LAN switch là thành phần thiết yếu được sử dụng trong các mạng LAN. LAN switch là một switch mạng kết nối hai hoặc nhiều mạng LAN và chuyển tiếp các gói giữa các mạng này. Tốc độ tối đa của LAN switch không quá con số Gigabit, thông thường ở mức 1000 megabit/giây. LAN switch sử dụng ba loại chuyển mạch LAN, đó là chuyển mạch Layer 2, Layer 3 và Layer 4 để định tuyến lưu lượng trong mạng LAN. Vì hầu hết các LAN switch hoạt động ở tầng Data Link (Layer 2), nên switch Layer 2 được sử dụng phổ biến nhất và có thể được tìm thấy trong gần như bất kỳ mạng LAN nào. Nó cung cấp một số lợi ích của cả bridge và router. Giống như bridge, LAN switch Layer 2 có thể chuyển tiếp lưu lượng dựa trên header Layer 2. Giống như router, nó phân vùng mạng thành các phân đoạn hợp lý, cung cấp khả năng quản trị, bảo mật và quản lý multicast traffic tốt hơn. Switch Layer 3 hoặc Layer 4 đòi hỏi công nghệ tiên tiến và đắt tiền hơn, do đó chúng thường được sử dụng nhiều hơn trong mạng LAN lớn hoặc trong môi trường mạng đặc biệt.

LAN Switch

LAN switch sử dụng 3 phương thức để định tuyến lưu lượng

Như đã nói ở trên, các LAN switch dựa trên chuyển mạch gói. Trong mạng LAN, LAN switch thiết lập kết nối giữa hai phân đoạn để gửi các gói hiện tại. Lấy LAN switch Layer 2 làm ví dụ, các gói đến được lưu vào vùng nhớ tạm thời trong máy chủ. Thông tin địa chỉ MAC có trong header của frame cho nguồn và đích của gói được đọc bởi LAN switch và sau đó được so sánh với danh sách các địa chỉ trong bảng tra cứu switch. Dưới đây là ba phương thức mà LAN switch sử dụng để định tuyến lưu lượng trong quy trình chuyển đổi Layer 2.

Cut-through

Trong phương thức Cut-through, LAN switch có thể đọc địa chỉ MAC ngay khi nó phát hiện gói tin. Sau khi lưu trữ 6 byte tạo thành thông tin địa chỉ MAC, chúng ngay lập tức gửi gói đến node đích, ngay cả khi phần còn lại của gói vẫn đang tiếp tục truyền tới switch.

Store-and-forward

Phương thức Store-and-forward sẽ lưu toàn bộ gói vào bộ đệm và kiểm tra lỗi trước khi gửi đến node đích. Nếu gói có lỗi, nó sẽ bị loại bỏ. Nếu không, switch sẽ tra cứu địa chỉ MAC và gửi gói đến node đích. Nhiều LAN switch có thể kết hợp hai phương thức này, sử dụng Cut-through cho đến khi đạt đến một mức lỗi nhất định và sau đó thay đổi sang phương thức Store-and-forward.

Fragment-free

Một phương pháp ít phổ biến hơn là Fragment-free. Nó hoạt động tương tự như phương thức Cut-through ngoại trừ việc lưu trữ 64 byte đầu tiên của gói trước khi gửi đi. Lý do là hầu hết các lỗi và xung đột xảy ra trong 64 byte đầu tiên của gói.

Chuyển mạch LAN đi kèm với khả năng mở rộng cao, bảo mật và dễ quản lý. Hiện tại, LAN switch tốc độ tương đối thấp thường được sử dụng trong kiến trúc mạng vòng và Daisy-Chain (kết xích), do phạm vi địa lý hạn chế của mạng LAN. Đối với môi trường mạng WAN, các thiết bị switch có tốc độ và công suất lớn hơn như switch 10gbe, switch 40gbe và switch 100gbe sẽ là yếu tố cần thiết.

Xem thêm:

Thứ Ba, 12/02/2019 13:45
51 👨 1.203