nguồn: vietnix.vn

Switch Layer 3 là gì?

Switch Layer 3 là một thiết bị mạng kết hợp chức năng của cả switch và router, hoạt động chủ yếu ở tầng Network Layer của mô hình OSI. Thiết bị này thực hiện các nhiệm vụ chuyển mạch, lưu bảng cập nhật địa chỉ MAC của thiết bị kết nối, duy trì khả năng phân chia và quản lý mạng nội bộ. 

Đồng thời, Switch Layer 3 còn có khả năng định tuyến như 1 router. Do đó, thiết bị này thường được xem là một router, nhưng không có cổng kết nối WAN với nhau.

 

Đặc điểm của Switch Layer 3

 

Thiết bị Switch Layer 3 là thiết bị chuyển mạch hiện đại, sở hữu đầy đủ tính năng của Switch Layer 2, đồng thời còn được nâng cấp nhiều hơn. Những đặc điểm nổi bật khác của thiết bị này bao gồm:

• Có khả năng truyền tải dữ liệu từ một địa chỉ IP nguồn đến đích trong các VLAN khác nhau trong cùng một mạng.
• Có khả năng thực hiện định tuyến động, sử dụng các giao thức để kết nối các mạng lớn và chia sẻ bảng định tuyến giữa chúng.
• Thực hiện Quality of Service (QoS) cho mạng IP, tức là xử lý lưu lượng dựa trên bộ giao thức IP (Internet Protocol), đảm bảo rằng các loại lưu lượng có yêu cầu chất lượng dịch vụ khác nhau được ưu tiên dựa trên mức độ quan trọng.
• Cho phép xử lý định tuyến liên VLAN và tận dụng tài nguyên của Router Gateway cho các hệ thống LAN – WAN và tường lửa khác.
• Đọc và xử lý thông tin địa chỉ IP của lưu lượng truy cập, cho phép phân loại QoS dựa trên IP Subnet hoặc gắn thẻ VLAN dựa trên IP mà không cần cấu hình thủ công.
• Được đánh giá cao nhờ khả năng yêu cầu tốc độ cổng cao (như 10Gb SFP+) mà vẫn đảm bảo tính bảo mật và bảo vệ thông tin, dữ liệu.
• Tích hợp sẵn các tính năng hỗ trợ xác thực 802.1x, phát hiện lỗi lặp lại và kiểm tra ARP (Address Resolution Protocol). 

Nguyên lý hoạt động của Switch Layer 3

Switch Layer 3 hoạt động bằng cách sử dụng các bảng định tuyến để quyết định đường truyền tối ưu nhất cho gói dữ liệu. Khi nhận được một gói tin, Switch Layer 3 phân tích địa chỉ IP và các thông tin định tuyến để chuyển tiếp gói tin đến đúng đích. 

Quy trình này không chỉ giúp tăng tốc độ truyền tải mà còn đảm bảo rằng dữ liệu được gửi đến đúng mạng đích mà không cần phải qua nhiều bước trung gian. Khi bảng định tuyến không có bản ghi chứa thông tin về địa chỉ IP đích, Switch Layer 3 sẽ chuyển gói tin tới cổng mặc định hoặc gửi truy vấn tới một Switch Layer 3 khác để tìm kiếm thông tin định tuyến.

Chức năng Switch Layer 3

Switch Layer 3 đóng vai trò quan trọng trong hệ thống mạng máy tính với nhiều chức năng như sau:

• Định tuyến mạng: Thiết bị chuyển mạng Switch có khả năng định tuyến các gói tin giữa các mạng khác nhau, giúp kết nối các mạng con hoặc các mạng Campus Area Network (CAN), thậm chí là các mạng ảo VLANs.
• Đảm bảo an toàn cho việc truyền tải tập tin: Switch Layer 3 có khả năng bảo đảm an toàn cho việc truyền tải tập tin, giúp chuyển dữ liệu đến đúng địa chỉ và thời điểm được định sẵn, giảm thiểu rủi ro từ các truy cập trái phép.
• Xây dựng bảng thông tin liên quan đến gói dữ liệu: Thiết bị này có thể tạo bảng thông tin tổng hợp liên quan đến các gói dữ liệu, đảm bảo truyền tải đúng địa chỉ theo yêu cầu của người dùng. Thiết bị nhận dữ liệu từ các cổng và phân tích, tạo bảng đối chiếu trước khi gửi đi, nhằm tăng độ chính xác trong quá trình truyền tin.
• Phân phối băng thông: Switch Layer 3 có khả năng phân phối băng thông trên các kênh truyền mạng khác nhau để tránh tình trạng quá tải trên một kênh duy nhất. Khi nhận được một gói tin, thiết bị có thể chọn kênh truyền phù hợp nhất để truyền tải gói tin đó, giúp tối ưu hóa lưu lượng mạng.
• Xử lý tắc nghẽn băng thông: Switch Layer 3 có khả năng kiểm soát và xử lý tình trạng tắc nghẽn băng thông. Khi băng thông tăng lên và các cổng SFP 1G hoạt động tối đa, các thiết bị này có thể xử lý nhiều hơn 1G băng thông tổng hợp, đặc biệt khi có các WAP dày đặc trên cùng một switch. Các cổng 10G là giải pháp để giải quyết các nút thắt cổ chai mạng cục bộ.
• Bảo mật mạng: Switch Layer 3 có đa dạng tính năng bảo mật mạng, bao gồm bảo vệ địa chỉ IP (IPsec), bảo vệ dữ liệu truyền tải trên mạng.
• Quản lý mạng: Thiết bị này hỗ trợ quản lý mạng thông qua các tính năng như giám sát lưu lượng, kiểm soát truy cập và quản lý quyền người dùng, giúp các quản trị viên dễ dàng điều hành và quản lý mạng.
• Tối ưu hóa hiệu suất mạng: Bằng cách cung cấp các tính năng như QoS (Chất lượng dịch vụ), giới hạn băng thông và đa đường truyền, Switch Layer 3 giúp tăng cường khả năng truyền dữ liệu.
• Kết nối mạng máy tính: Switch Layer 3 có thể kết nối bao gồm cả mạng LAN và mạng WAN, giúp các thiết bị trong mạng truy cập tài nguyên và dịch vụ một cách dễ dàng
• Chia nhỏ hệ thống mạng LAN: Switch Layer 3 có khả năng phân chia mạng LAN thành các segment nhỏ hơn để các thiết bị kết nối dễ dàng và giảm thiểu xung đột mạng.
• Kết nối nhiều segment: Trong một mạng cục bộ, Switch Layer 3 có thể xác định thiết bị nào đang kết nối với cổng của nó và thiết lập mạng ảo giữa các cổng một cách tương thích, không gây gián đoạn việc truyền tải thông tin.

Các ứng dụng Switch Layer 3 phổ biến

Switch Layer 3 hiện đang là thiết bị chuyển mạch phổ biến trong các hệ thống mạng công nghiệp, ứng dụng AV, việc phân phối video và âm thanh của nhiều doanh nghiệp vừa và nhỏ:

• Khả năng hỗ trợ cho các ứng dụng AV: Switch Layer 3 hỗ trợ âm thanh nâng cao qua phân phối IP, sử dụng QoS để phân loại và ưu tiên lưu lượng âm thanh cũng như thời gian thực. Đối với một số cấu trúc liên kết, lưu lượng qua thiết bị này là cần thiết, các giao thức định tuyến Đa hướng Động như PIM (Protocol Independent Multicast) cũng có thể được sử dụng. Ngoài ra, Switch Layer 3 còn cho phép định tuyến các luồng video giữa các VLAN thông qua PIM, hỗ trợ tối ưu hóa băng thông trên các kết nối giữa các switch.
• Khả năng tạo mạng VLANs ảo: Switch Layer 3 có khả năng tạo ra và kết nối trực tiếp các mạng VLAN ảo. Trong quá khứ, nhiệm vụ này thường do router đảm nhận, nhưng hiện nay Switch Layer 3 đã tích hợp chức năng này, giúp giảm số lượng thiết bị cần thiết. Các bộ chuyển mạch Switch Layer 3 có thể sử dụng các tài nguyên có sẵn để truyền dữ liệu, không phân biệt là hệ thống mạng WAN hay LAN.

So sánh sự khác biệt giữa Switch layer 2 và Switch layer 3

Switch Layer 2 và Switch Layer 3 là những thiết bị mạng phổ biến hiện nay. Tuy nhiên, vẫn còn không ít người dùng thắc mắc sự khác biệt giữa Switch layer 2 và Switch layer 3 là gì. Dưới đây là bảng so sánh chi tiết về 2 loại thiết bị kết nối này:

Nội dung	Switch layer 2	Switch layer 3
Giao thức, IP, QoS	Thủ công.	Giới hạn ở IP.Có thể thực hiện phân loại QoS dựa trên IP.
Kết cấu	Chỉ có thể truy xuất địa chỉ MAC có sẵn trong frame.	Thực hiện định tuyến như một router.Liên thông với các mạng con hay VLANs.
Bảng FIB	Không sử dụng.	Sử dụng chuyển tiếp các gói tin chứa các nội dung như: Địa chỉ IP, port đích, IP và MC next hop.
Tra cứu địa chỉ MAC	Chỉ tra cứu được trên bảng CAM.	Tra cứu trên 2  bảng CAM và FIB.
Bảo mật mạng	Tính năng xác thực 802.1x và phòng ngừa QoS.Phát hiện lặp lại STP, kiểm tra ARP.	Tính năng xác thực 802.1x và phòng ngừa QoS.Phát hiện lặp lại và kiểm tra ARP.

Thông số lưu ý khi mua Switch Layer 3

Nếu bạn đang tìm mua Switch Layer 3, bạn cần lưu ý các thông số quan trọng dưới đây:

• Tốc độ chuyển tiếp (Throughput rate): Khả năng của thiết bị trong việc chuyển tiếp các gói tin. Một switch được gọi là non-blocking khi tốc độ chuyển tiếp của nó lớn hơn tổng tốc độ của tất cả các cổng trên thiết bị. Tốc độ này được đo bằng gói trên giây (pps). Công thức tính tốc độ chuyển tiếp cho switch là:

Forwarding Rate (pps) = số lượng cổng 10Gbit/s * 14,880,950 pps + số lượng cổng 1Gbit/s * 1,488,095 pps + số lượng cổng 100Mbit/s * 148,809 pps

• Băng thông chuyển mạch (Switching bandwidth) hoặc dung lượng chuyển mạch (Switching capacity): Tổng tốc độ của tất cả các cổng trên thiết bị theo cả hai chiều Tx và Rx. Công thức tính là:

Bandwidth (bps) = số cổng * tốc độ dữ liệu của cổng * 2

• Số lượng VLAN: Phụ thuộc vào quy mô hoạt động của công ty và yêu cầu cụ thể của bạn.
• Số lượng địa chỉ MAC: Càng nhiều thiết bị sử dụng, bảng MAC cần phải có dung lượng lớn hơn.
• Độ trễ: Ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình truyền dữ liệu, Switch có độ trễ thấp hơn sẽ giúp dữ liệu được truyền nhanh hơn.

Các dòng Switch Layer 3 tốt, uy tín

Các switch Cisco Layer 3 có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau. Một số sản phẩm Switch Layer 3 tốt, phổ biến hiện nay bao gồm:

• Phân loại theo Dòng Switch:
  • Switch Cisco Business CBS250
  • Switch Cisco Business CBS350
  • Switch Cisco Catalyst 1200 Series
  • Switch Cisco Catalyst 1300 Series
  • Switch Cisco Catalyst 9200 Series
  • Switch Cisco Catalyst 9300 Series
  • Switch Cisco Catalyst 9400 Series
  • Switch Cisco Catalyst 9500 Series
  • Switch Cisco Catalyst 9600 Series
  • Cisco Meraki MS Switch
  • Cisco Nexus 9000 Series
  • Switch Cisco Industrial 2000
  • Switch Cisco IE3100 Rugged
  • Switch Cisco IE3200 Rugged
  • Switch Cisco IE3300 Rugged
  • Switch Cisco IE3400 Rugged
  • Switch Cisco IE3400 Heavy Duty
  • Switch Cisco Industrial 4000
  • Switch Cisco Industrial 5000
  • Switch Cisco IE9300 Rugged

• Phân loại theo tính năng và số cổng:
  • Switch Cisco Layer 3 8 Port
  • Switch Cisco Layer 3 16 Port
  • Switch Cisco Layer 3 24 Port
  • Switch Cisco Layer 3 48 Port
  • Switch Layer 3 Cisco PoE