Bộ chuyển mạch LAN (LAN switch) là một thiết bị mạng trung tâm, đóng vai trò kết nối nhiều thiết bị trong một mạng cục bộ (LAN) theo mô hình “hình sao” và chuyển tiếp dữ liệu giữa chúng một cách hiệu quả. Thay vì gửi dữ liệu đến tất cả các cổng như Hub, Switch đọc địa chỉ MAC đích của từng gói dữ liệu và chỉ gửi đến cổng tương ứng, giúp tối ưu hóa băng thông và giảm tắc nghẽn mạng.
1. Giới thiệu về LAN switch
Bộ chuyển mạch LAN (LAN switch) là một thiết bị mạng hoạt động chủ yếu ở tầng 2 (Data Link Layer) trong mô hình OSI. Nhiệm vụ của switch là kết nối nhiều thiết bị trong mạng LAN như máy tính, máy in, server, camera IP, và truyền dữ liệu chính xác đến đúng thiết bị cần nhận.
So với hub, switch thông minh hơn nhiều: thay vì gửi dữ liệu tới tất cả các cổng, nó chỉ gửi tới đúng cổng có thiết bị đích, nhờ vậy giảm lãng phí băng thông và tránh xung đột.
2. Nguyên lý làm việc cơ bản của LAN switch
Hoạt động của LAN switch có thể chia thành 4 bước chính: học địa chỉ MAC, lọc, chuyển tiếp, và flooding.
2.1 Học địa chỉ MAC (MAC Learning)
-
Mỗi thiết bị mạng (PC, laptop, máy in…) có một địa chỉ vật lý (MAC address) duy nhất.
-
Khi một frame Ethernet đi vào switch, nó sẽ kiểm tra địa chỉ MAC nguồn trong frame.
-
Switch lưu thông tin này vào bảng CAM (Content Addressable Memory), gắn địa chỉ MAC đó với số cổng mà frame đi vào.
➡ Nhờ vậy, switch dần “học” được thiết bị nào nằm ở cổng nào.
2.2 Chuyển tiếp dữ liệu (Forwarding)
-
Khi switch nhận một frame mới, nó sẽ nhìn vào MAC đích.
-
Nếu trong bảng CAM đã có thông tin MAC đích, switch sẽ chuyển tiếp frame trực tiếp đến đúng cổng.
-
Điều này giúp tốc độ truyền cao và giảm lưu lượng dư thừa trong mạng.
2.3 Lọc (Filtering)
-
Nếu MAC nguồn và MAC đích cùng nằm trên một cổng, switch không gửi frame đó đi, tránh việc dữ liệu vòng lặp hoặc dư thừa.
-
Đây là cơ chế giúp băng thông được sử dụng tối ưu.
2.4 Flooding (Phát tán)
-
Nếu switch chưa biết MAC đích nằm ở đâu, nó sẽ phát (broadcast) frame đó ra tất cả các cổng trừ cổng nhận.
-
Khi thiết bị đích phản hồi, switch sẽ học được vị trí MAC đó và cập nhật vào bảng CAM.
3. Chức năng nâng cao của LAN switch hiện đại
Ngoài các chức năng cơ bản, các switch ngày nay còn có nhiều tính năng mạnh mẽ:
-
Hỗ trợ VLAN (Virtual LAN): cho phép chia nhỏ một mạng vật lý thành nhiều mạng logic, tăng bảo mật và quản lý tốt hơn.
-
Layer 3 Switch: có khả năng định tuyến (routing) giữa các VLAN hoặc các subnet khác nhau, thay thế một phần router.
-
QoS (Quality of Service): ưu tiên băng thông cho các dịch vụ quan trọng như thoại IP (VoIP), hội nghị truyền hình, camera an ninh.
-
Port Security: hạn chế số lượng MAC được phép truy cập trên mỗi cổng, ngăn chặn truy cập trái phép.
-
Spanning Tree Protocol (STP): ngăn chặn vòng lặp trong mạng khi có nhiều kết nối song song.
4. Sơ đồ minh họa cách làm việc của LAN switch
Ví dụ:
-
Máy tính A (MAC 00-AA) gửi dữ liệu đến máy tính B (MAC 11-BB).
-
Switch kiểm tra frame:
-
MAC nguồn = 00-AA (học và lưu vào bảng CAM ở port 1).
-
MAC đích = 11-BB (chưa biết, nên switch flood ra các cổng khác).
-
-
Máy tính B phản hồi → switch học được MAC 11-BB nằm ở port 2.
-
Từ lần sau, dữ liệu từ A đến B sẽ đi thẳng từ port 1 → port 2, không còn flooding nữa.
5. Ưu điểm của LAN switch
-
Giảm xung đột dữ liệu so với hub.
-
Tăng hiệu suất và tốc độ truyền tải.
-
Quản lý mạng thông minh, có thể mở rộng dễ dàng.
-
Đảm bảo bảo mật và chất lượng dịch vụ tốt hơn.
6. Kết luận
LAN switch là thiết bị không thể thiếu trong các hệ thống mạng hiện đại. Nhờ cơ chế học địa chỉ MAC và chuyển tiếp thông minh, switch giúp tối ưu băng thông, tăng tốc độ truyền tải và đảm bảo hoạt động ổn định cho toàn bộ mạng LAN.
