Switch Layer 2 là gì? Khái niệm, chức năng và cách hoạt động

Switch Layer 2 là dòng thiết bị mạng quen thuộc, được ứng dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống mạng doanh nghiệp và tổ chức. Tuy nhiên, không phải ai cũng nắm rõ những chức năng cũng như cách chúng hoạt động ra sao trong hệ thống mạng của bạn. Trong bài viết này, switchcisco.com sẽ cùng bạn khám phá chi tiết về khái niệm, nguyên lý hoạt động và chức năng của Switch Layer 2 rõ hơn.

1. Switch Layer 2 là gì?

Switch Layer 2 là thiết bị chuyển mạch hoạt động tại tầng thứ hai trong mô hình OSI –  tầng liên kết dữ liệu Data Link Layer có nhiệm vụ kết nối các thiết bị đầu cuối trong mạng nội bộ (LAN) như máy tính để bàn, laptop, máy in, máy fax, camera giám sát, máy chủ (server),… Nhờ khả năng chuyển tiếp dữ liệu dựa trên địa chỉ MAC, thiết bị giúp đảm bảo kết nối ổn định, tốc độ cao và tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống mạng.

2. Chức năng của Switch Layer 2

Switch Layer 2 đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và điều phối lưu lượng mạng trong hệ thống LAN. Dưới đây là những chức năng chính mà thiết bị này đảm nhiệm:

2.1 Ghi nhớ địa chỉ MAC – Address Learning

Switch Layer 2 có khả năng học và ghi nhớ địa chỉ MAC của các thiết bị trong mạng. Mỗi khi switch nhận một khung dữ liệu (frame), nó sẽ trích xuất địa chỉ MAC nguồn và lưu thông tin này vào bảng MAC (bảng chuyển tiếp hoặc bảng lọc). Nhờ đó, switch biết được thiết bị nào đang kết nối tại cổng nào và có thể định tuyến dữ liệu chính xác hơn trong những lần tiếp theo.

2.2 Quyết định chuyển tiếp hoặc lọc – Forward/Filter Decision

Sau khi nhận được một frame, switch sẽ kiểm tra địa chỉ MAC đích được nhúng trong khung dữ liệu. Dựa trên thông tin có trong bảng MAC, switch sẽ xác định cổng đích phù hợp để chuyển tiếp dữ liệu, hoặc loại bỏ (lọc) nếu địa chỉ không hợp lệ hoặc không cần thiết truyền tiếp. Quy trình này giúp tối ưu hóa luồng dữ liệu và giảm lưu lượng không cần thiết trong mạng LAN.

2.3 Ngăn chặn vòng lặp mạng – Loop Avoidance

Trong các hệ thống mạng có kết nối dự phòng giữa các switch, việc xuất hiện vòng lặp mạng (network loop) là điều không thể tránh khỏi. Để ngăn chặn tình trạng này, Switch Layer 2 được tích hợp giao thức Spanning Tree Protocol (STP). Giao thức này sẽ tự động phát hiện và vô hiệu hóa các đường truyền lặp, đảm bảo mạng hoạt động ổn định mà vẫn duy trì các kết nối dự phòng khi cần thiết.

2.4 Chuyển tiếp và phân loại khung dữ liệu hiệu quả

Một trong những chức năng chính của Switch Layer 2 là đảm nhiệm việc chuyển tiếp các khung dữ liệu (frame) giữa các thiết bị trong mạng LAN. Thiết bị hoạt động như một trung tâm điều phối lưu lượng, tiếp nhận dữ liệu từ các cổng (port), sau đó phân tích và chuyển tiếp đến đúng thiết bị đích.

Việc xử lý này giúp tránh tình trạng tắc nghẽn, đảm bảo dữ liệu được truyền đi nhanh chóng, liên tục và không bị gián đoạn trong quá trình hoạt động của toàn hệ thống.

2.5 Chia nhỏ và phân vùng mạng LAN thành các segment

Switch Layer 2 còn giúp chia nhỏ mạng LAN thành nhiều phân đoạn (segment) độc lập. Mỗi segment sẽ được quản lý qua các cổng riêng biệt trên switch, giúp giảm thiểu va chạm dữ liệu và tăng hiệu suất hoạt động của hệ thống.

Việc chia mạng này đặc biệt hữu ích trong các hệ thống lớn, nơi cần tối ưu lưu lượng truyền và đảm bảo tính ổn định trong từng vùng mạng cụ thể.

2.6 Kết nối linh hoạt giữa các phân đoạn mạng

Switch Layer 2 cho phép kết nối nhiều segment mạng một cách linh hoạt mà không gây ảnh hưởng đến lưu lượng truyền giữa các phần khác nhau của hệ thống. Thiết bị phân phối các cổng riêng biệt cho từng thiết bị và thiết lập kết nối nội bộ một cách thông minh, giúp đảm bảo hoạt động độc lập và ổn định giữa các kết nối.

2.7 Thiết lập bảng thông tin và đối chiếu dữ liệu

Một tính năng quan trọng khác là khả năng xây dựng bảng địa chỉ MAC và đối chiếu dữ liệu. Switch sẽ phân tích các gói tin đi qua, ghi nhận địa chỉ MAC nguồn và cổng tương ứng, sau đó lưu vào bảng MAC. Dựa vào bảng này, switch có thể xác định chính xác nơi gửi dữ liệu, giúp tăng độ chính xác và giảm thời gian xử lý trong lần truyền tiếp theo.

3. Nguyên lý hoạt động của Switch Layer 2

Về cơ bản, Switch Layer 2 hoạt động như một cầu nối trong suốt (transparent bridge) với nhiều cổng kết nối (port). Mỗi cổng trên switch đóng vai trò như một phân đoạn riêng biệt trong mạng Ethernet nội bộ (LAN) và không ảnh hưởng đến các cổng còn lại.

Thiết bị này chuyển tiếp dữ liệu dựa hoàn toàn vào địa chỉ MAC nằm trong gói tin (frame). Điều này đồng nghĩa với việc nếu địa chỉ MAC đích chưa được xác định, dữ liệu sẽ không thể truyền đi đúng hướng.

Trong các hệ thống mạng quy mô nhỏ, nơi lưu lượng truyền tải không lớn, Switch Layer 2 không quản lý (unmanaged) là giải pháp tiết kiệm và hiệu quả. Tuy nhiên, đối với hệ thống mạng doanh nghiệp hoặc tổ chức lớn, nơi có lưu lượng dữ liệu cao, việc sử dụng Switch Layer 2 có quản lý (managed) sẽ giúp kiểm soát mạng tốt hơn, giảm thiểu tình trạng tắc nghẽn hoặc treo thiết bị.

Switch Layer 2 không chỉ thực hiện việc định tuyến dữ liệu đến đúng địa chỉ, mà còn đánh giá liệu dữ liệu có nên được chuyển tiếp hay không, thông qua ba giai đoạn xử lý chính:

• Bảng chuyển tiếp Layer 2 (MAC Address Table)
  Switch sẽ kiểm tra địa chỉ MAC đích trong frame, sau đó đối chiếu với bảng CAM (Content Addressable Memory). Nếu địa chỉ khớp được tìm thấy, switch sẽ xác định đúng cổng đầu ra và ID của VLAN tương ứng để chuyển tiếp dữ liệu.
  
• Bộ lọc bảo mật ACL (Access Control Lists)
  Switch sử dụng TCAM (Ternary Content Addressable Memory) để lưu trữ các quy tắc kiểm soát truy cập. Các ACL bảo mật có thể phân tích địa chỉ MAC, IP, loại giao thức hoặc cổng Layer 4 để quyết định frame có được phép truyền tiếp hay bị chặn lại.
• QoS ACLs (Quality of Service)
  Switch cũng sử dụng các ACL để phân loại dữ liệu dựa trên các thông số QoS. Việc này giúp kiểm soát và ưu tiên lưu lượng truyền tải, đồng thời gắn các chỉ số QoS vào frame, đảm bảo hiệu suất ổn định cho các ứng dụng yêu cầu băng thông cao như video call, VoIP, hay livestream.

4. Những thương hiệu cung cấp Switch Layer 2 nổi bật

Trên thị trường thiết bị mạng hiện nay, có nhiều nhà sản xuất nổi bật chuyên cung cấp các dòng Switch Layer 2 với hiệu năng cao và độ tin cậy vượt trội. Dưới đây là những thương hiệu hàng đầu được tin dùng rộng rãi:

• Cisco – Ông lớn trong lĩnh vực mạng toàn cầu

Cisco là thương hiệu hàng đầu thế giới trong ngành công nghệ mạng, nổi bật với danh mục Switch Layer 2 phong phú, đáp ứng tốt mọi quy mô hệ thống từ doanh nghiệp nhỏ đến trung tâm dữ liệu lớn. Các sản phẩm switch của Cisco được đánh giá cao nhờ độ ổn định, hiệu suất mạnh mẽ và các tính năng bảo mật tiên tiến.

• HPE Aruba – Giải pháp mạng doanh nghiệp hiện đại

Thuộc tập đoàn Hewlett Packard Enterprise, Aruba (trước đây là Aruba Networks) mang đến các dòng Switch Layer 2 với thiết kế hiện đại, dễ quản lý và tích hợp công nghệ thông minh như AI và tự động hóa. Aruba phù hợp với các doanh nghiệp muốn tối ưu hóa vận hành mạng nội bộ một cách linh hoạt và an toàn.

• Juniper Networks – Giải pháp hiệu suất cao cho doanh nghiệp lớn

Juniper là đối thủ trực tiếp của Cisco, chuyên cung cấp các dòng switch Layer 2 chất lượng cao, hướng đến doanh nghiệp quy mô lớn và các nhà cung cấp dịch vụ mạng. Switch Juniper nổi bật với khả năng mở rộng linh hoạt, độ tin cậy cao và tốc độ xử lý dữ liệu vượt trội.

• MikroTik – Giải pháp tiết kiệm cho doanh nghiệp vừa và nhỏ

Đến từ Latvia, MikroTik là thương hiệu thiết bị mạng nổi tiếng nhờ chi phí giá thành hợp lý và tính linh hoạt cao. Các dòng switch Layer 2 của MikroTik tuy không mạnh mẽ như các thương hiệu lớn, nhưng lại dễ cấu hình, dễ sử dụng và đặc biệt phù hợp với các doanh nghiệp vừa, nhỏ hoặc mạng gia đình nâng cao.

5. Kết luận

Hy vọng qua những chia sẻ trên, bạn đã có cái nhìn tổng quan về Switch Layer 2 từ khái niệm, nguyên lý hoạt động cho đến các chức năng và những thương hiệu cung cấp phổ biến hiện nay.

Với hiệu suất ổn định, dễ triển khai, chi phí giá thành hợp lý cùng khả năng mở rộng linh hoạt, Switch Layer 2 là lựa chọn lý tưởng cho nhiều mô hình mạng, từ doanh nghiệp nhỏ đến hệ thống quy mô lớn. Tùy theo nhu cầu sử dụng thực tế, bạn hoàn toàn có thể lựa chọn loại switch phù hợp để tối ưu hiệu quả vận hành mạng nội bộ.

Đừng quên đón đọc thêm các bài viết chuyên sâu khác tại SwitchCisco.com để cập nhật thêm nhiều kiến thức hữu ích về thiết bị mạng nhé!

6. Câu hỏi thường gặp

Switch layer 2 Cisco là gì?

Switch Layer 2 Cisco là dòng thiết bị Switch Layer 2 tới từ tập đoàn công nghệ Cisco Systems được ưa chuộng sử dụng và rất nổi tiếng trên thế giới nhờ khả năng kết nối linh hoạt các thiết bị đầu cuối như máy tính, laptop, máy in, camera, server,… trong mạng nội bộ (LAN).

Với việc tích hợp đầy đủ các tính năng của một Switch Layer 2 tiêu chuẩn, sản phẩm của Cisco không chỉ đảm bảo hiệu suất truyền tải ổn định, mà còn nổi bật với tính bảo mật cao và mức giá phù hợp cho nhiều quy mô triển khai. Đây là lựa chọn lý tưởng cho cả doanh nghiệp vừa, nhỏ lẫn hệ thống mạng quy mô lớn.

Switch Layer 2 có chia được VLAN không?

Câu trả lời là có, nhưng phụ thuộc vào loại switch bạn đang sử dụng.

Nếu bạn sử dụng Switch Layer 2 Unmanaged (không quản lý), thì thiết bị này không hỗ trợ chia VLAN. Trong trường hợp này, bạn sẽ cần dùng nhiều switch để kết nối các thiết bị trong mạng, nhưng lại không thể tận dụng tối đa các cổng kết nối – gây lãng phí tài nguyên và khó mở rộng hệ thống.

Ngược lại, với Switch Layer 2 Managed (có khả năng quản lý), việc tạo và quản lý VLAN trở nên đơn giản hơn rất nhiều. Bạn có thể chia mạng nội bộ thành nhiều VLAN độc lập chỉ trên một thiết bị duy nhất, từ đó tối ưu hóa hiệu suất, tăng cường bảo mật và giảm thiểu xung đột mạng.