2.1.1. Giới thiệu về Switch
2.1.1.1. Khái niệm Switch
a. Định nghĩa
Switch (Bộ chuyển mạch) là thiết bị mạng hoạt động ở tầng liên kết dữ liệu (Layer 2) trong mô hình OSI. Switch có chức năng kết nối nhiều thiết bị trong cùng một mạng LAN, học địa chỉ MAC của các thiết bị và chuyển tiếp gói tin đến đúng cổng đích.
Switch thông minh hơn Hub vì nó có khả năng:
Học địa chỉ MAC của các thiết bị kết nối vào cổng.
Xây dựng bảng địa chỉ MAC (MAC Address Table).
Chuyển tiếp gói tin chỉ đến cổng đích (không broadcast đến tất cả các cổng).
Giảm xung đột dữ liệu (Collision Domain).
b. Đặc điểm
| STT | Đặc điểm | Mô tả |
|---|---|---|
| 1 | Tầng hoạt động | Layer 2 (Liên kết dữ liệu) |
| 2 | Chế độ truyền | Full-duplex |
| 3 | Băng thông | Riêng cho mỗi cổng (Dedicated) |
| 4 | Xung đột | Không xảy ra (Collision-free) |
| 5 | Bảng MAC | Có (MAC Address Table) |
| 6 | Số cổng | 5, 8, 16, 24, 48 cổng |
| 7 | Tốc độ | 10/100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps |
c. Ví dụ minh họa
Switch TP-Link TL-SG1024D:
24 cổng, 1 Gbps.
Unmanaged, cắm là chạy.
Dùng cho văn phòng 15–20 máy tính.
2.1.1.2. Phân biệt Hub và Switch
a. Khái niệm Hub
Hub là thiết bị mạng hoạt động ở tầng vật lý (Layer 1), có chức năng khuếch đại tín hiệu và gửi dữ liệu đến tất cả các cổng. Hub không có khả năng học địa chỉ MAC, không phân biệt đích đến.
b. Bảng so sánh Hub và Switch
| STT | Tiêu chí | Hub | Switch |
|---|---|---|---|
| 1 | Tầng OSI | Layer 1 (Vật lý) | Layer 2 (Liên kết dữ liệu) |
| 2 | Cách truyền dữ liệu | Broadcast đến tất cả các cổng | Chỉ gửi đến cổng đích (dựa trên MAC) |
| 3 | Băng thông | Chia sẻ (Shared) | Riêng (Dedicated) |
| 4 | Chế độ truyền | Half-duplex | Full-duplex |
| 5 | Xung đột dữ liệu | Có (Collision) | Không (Collision-free) |
| 6 | Bảng địa chỉ MAC | Không có | Có (MAC Address Table) |
| 7 | Khả năng quản lý | Không | Có (đối với Managed Switch) |
| 8 | Hiệu suất | Thấp | Cao |
| 9 | Bảo mật | Kém | Tốt hơn |
| 10 | Giá thành | Thấp | Cao hơn |
| 11 | Ứng dụng | Mạng nhỏ, cũ | Mạng LAN hiện đại |
c. Ưu nhược điểm của Hub
| Ưu điểm | Nhược điểm |
|---|---|
| Giá rẻ | Chia sẻ băng thông |
| Dễ sử dụng | Dễ xung đột dữ liệu |
| Không cần cấu hình | Không bảo mật |
| Hiệu suất thấp |
d. Ưu nhược điểm của Switch
| Ưu điểm | Nhược điểm |
|---|---|
| Băng thông riêng | Giá cao hơn Hub |
| Không xung đột | Cần cấu hình (Managed) |
| Bảo mật tốt | |
| Hiệu suất cao | |
| Hỗ trợ VLAN, QoS |
e. Ví dụ minh họa
So sánh Hub và Switch trong văn phòng 15 máy:
Hub: 15 máy chia sẻ 100 Mbps → mỗi máy ~6.7 Mbps, dễ xung đột.
Switch: 15 máy, mỗi máy 1 Gbps riêng → tốc độ cao, không xung đột.
2.1.1.3. Các loại Switch (Unmanaged, Managed, Layer 2, Layer 3)
a. Phân loại theo khả năng quản lý
1. Switch không quản lý (Unmanaged)
Khái niệm: Là Switch không có khả năng cấu hình, hoạt động tự động.
Đặc điểm:
Cắm là chạy, không cần cấu hình.
Giá rẻ.
Không hỗ trợ VLAN, QoS.
Ứng dụng: Mạng gia đình, văn phòng nhỏ.
Ví dụ: TP-Link TL-SG1024D, D-Link DGS-1024D.
2. Switch có quản lý (Managed)
Khái niệm: Là Switch có khả năng cấu hình thông qua CLI, Web, SNMP.
Đặc điểm:
Hỗ trợ VLAN, QoS, ACL, Port Security.
Quản lý từ xa.
Giá cao hơn.
Ứng dụng: Văn phòng, doanh nghiệp, trường học.
Ví dụ: Cisco Catalyst 2960, TP-Link TL-SG3424.
b. Phân loại theo tầng hoạt động
1. Switch Layer 2
Khái niệm: Switch hoạt động ở tầng liên kết dữ liệu (Layer 2), chuyển mạch dựa trên địa chỉ MAC.
Đặc điểm:
Không hỗ trợ định tuyến.
Hỗ trợ VLAN, STP.
Ứng dụng: Access Layer.
Ví dụ: Cisco Catalyst 2960.
2. Switch Layer 3
Khái niệm: Switch hoạt động ở tầng mạng (Layer 3), có khả năng định tuyến giữa các VLAN.
Đặc điểm:
Hỗ trợ định tuyến (Routing).
Hỗ trợ VLAN, QoS, ACL.
Hiệu năng cao.
Ứng dụng: Distribution Layer, Core Layer.
Ví dụ: Cisco Catalyst 3560, 3750.
c. Bảng so sánh các loại Switch
| STT | Tiêu chí | Unmanaged | Managed | Layer 2 | Layer 3 |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Cấu hình | Không | Có | Có | Có |
| 2 | VLAN | Không | Có | Có | Có |
| 3 | QoS | Không | Có | Có | Có |
| 4 | Định tuyến | Không | Không | Không | Có |
| 5 | Giá | Thấp | Trung bình | Trung bình | Cao |
| 6 | Ứng dụng | Gia đình | Văn phòng | Access Layer | Distribution/Core |
d. Ví dụ minh họa
Chọn Switch cho văn phòng 15 máy:
Ngân sách thấp: Unmanaged Switch 24 cổng (2 triệu).
Ngân sách trung bình: Managed Switch 24 cổng (3–5 triệu).
Ngân sách cao: Layer 3 Switch 24 cổng (10–15 triệu).
2.1.1.4. Ứng dụng của Switch trong mạng LAN
a. Khái niệm
Switch được sử dụng rộng rãi trong các mạng LAN để kết nối các thiết bị đầu cuối (máy tính, máy in, camera IP, AP) và kết nối giữa các Switch với nhau.
b. Các ứng dụng chính
| STT | Ứng dụng | Mô tả | Ví dụ |
|---|---|---|---|
| 1 | Kết nối thiết bị đầu cuối | Kết nối máy tính, máy in, camera IP. | Switch 24 cổng cho văn phòng. |
| 2 | Kết nối giữa các Switch | Kết nối Switch tầng dưới với Switch tầng trên. | Switch Access → Switch Distribution. |
| 3 | Phân chia VLAN | Tách biệt các phòng ban. | VLAN 10 (Kế toán), VLAN 20 (Kinh doanh). |
| 4 | Cấp nguồn PoE | Cấp nguồn cho AP, camera IP qua cáp mạng. | Switch PoE cho AP. |
| 5 | Tăng băng thông | Mỗi cổng có băng thông riêng. | Switch 1 Gbps cho máy chủ. |
| 6 | Bảo mật | Port Security, ACL. | Giới hạn thiết bị kết nối. |
| 7 | Quản lý tập trung | SNMP, Web, CLI. | Giám sát, cấu hình từ xa. |
c. Sơ đồ ứng dụng Switch trong mạng LAN
┌─────────────┐
│ INTERNET │
└──────┬──────┘
│
┌──────┴──────┐
│ ROUTER │
└──────┬──────┘
│
┌──────┴──────┐
│ SWITCH │
│ CHÍNH │
└──────┬──────┘
│
┌──────────────────┼──────────────────┐
│ │ │
┌──────┴──────┐ ┌──────┴──────┐ ┌──────┴──────┐
│ SWITCH 1 │ │ SWITCH 2 │ │ SWITCH 3 │
│ (Tầng 1) │ │ (Tầng 2) │ │ (Tầng 3) │
└──────┬──────┘ └──────┬──────┘ └──────┬──────┘
│ │ │
┌──────┴──────┐ ┌──────┴──────┐ ┌──────┴──────┐
│ PC, Printer │ │ PC, Printer │ │ PC, Printer │
│ Camera IP │ │ Camera IP │ │ Camera IP │
│ AP │ │ AP │ │ AP │
└─────────────┘ └─────────────┘ └─────────────┘d. Lưu ý khi sử dụng Switch
Chọn Switch phù hợp: Số cổng, tốc độ, tính năng.
Cấu hình đúng: VLAN, QoS, bảo mật.
Bảo trì định kỳ: Vệ sinh, kiểm tra nhiệt độ.
Dự phòng: Có Switch dự phòng cho hệ thống quan trọng.
Cập nhật firmware: Đảm bảo an toàn, ổn định.
e. Ví dụ minh họa
Ứng dụng Switch trong văn phòng 15 máy:
Switch chính: 24 cổng, kết nối Router, Patch Panel.
Switch phụ: 8 cổng, kết nối AP, máy in.
VLAN 10: Kế toán, VLAN 20: Kinh doanh.
PoE: Cấp nguồn cho AP.
BÀI TẬP THỰC HÀNH
Bài tập 2.1.1.1: Lập bảng so sánh Hub và Switch theo các tiêu chí: tầng OSI, cách truyền, băng thông, xung đột.
Bài tập 2.1.1.2: Chọn Switch phù hợp cho một văn phòng 20 máy tính, ngân sách 5 triệu đồng.
Bài tập 2.1.1.3: Vẽ sơ đồ ứng dụng Switch trong một tòa nhà 2 tầng, mỗi tầng 10 máy tính.
Bài tập 2.1.1.4: Tìm hiểu 3 loại Switch trên thị trường, lập bảng so sánh.
Bài tập 5: Giải thích tại sao Switch Managed được sử dụng trong mạng doanh nghiệp.