Trong số nhiều thiết bị mạng, thiết bị chuyển mạch hay Switch đóng một vai trò quan trọng trong việc xây dựng mạng hiệu suất cao và sự phát triển kỹ thuật của chúng cũng rất đáng chú ý. Giờ đây, từ “Switch layer 3” đã trở nên phổ biến hơn trong ngành. Trong các mạng quy mô vừa và lớn, có nhiều hệ thống có thiết bị chuyển mạch lớp 3 làm lõi. Với sự phát triển nhanh chóng của mạng doanh nghiệp, mạng khuôn viên và mạng băng thông rộng, Switch layer 3 đã trở thành một điểm phát triển mới của thị trường. Ứng dụng của nó đã thâm nhập từ lớp xương sống và lớp tổng hợp của trung tâm mạng ban đầu đến lớp truy cập ở biên của mạng. Và lĩnh vực này không còn bị chi phối bởi các nhà sản xuất nước ngoài.
Sự phát triển của công nghệ chuyển mạch
Sự kết hợp giữa công nghệ máy tính và công nghệ truyền thông đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của mạng LAN. Từ sự xuất hiện của mạng Aloha vào cuối những năm 1960 đến sự xuất hiện của thiết bị chuyển mạch Ethernet vào cuối những năm 1990, nó đã trải qua từ simplex đến duplex, từ sharing đến switching, từ tốc độ thấp đến tốc độ cao, từ đơn giản đến phức tạp, từ đắt tiền đến phổ biến. Một bước nhảy vọt từ chuyển đổi lớp 2 sang chuyển đổi nhiều lớp.
Chuyển mạch layer 2
Vào thời kỳ đầu thành lập mạng LAN chủ yếu giới hạn trong việc kết nối máy chủ lưu trữ, chia sẻ tập tin và in ấn. Những yêu cầu này có thể được đáp ứng bằng cách chia sẻ băng thông 10Mbps giữa nhiều người dùng. Với quy mô mạng ngày càng được mở rộng, hệ thống mạng trước đây không còn đủ năng lực. Trong mạng LAN, thiết bị kết nối mạng sớm nhất là hub (là thiết bị thuộc lớp thứ nhất (lớp vật lý)). Trong hệ thống mạng dựa trên giao thức lớp vật lý CSMA/ CD này thường xảy ra xung đột dữ liệu người dùng dẫn đến việc truyền lại dữ liệu làm giảm hiệu quả truyền tải rất nhiều.
Vào thời điểm đó, lớp liên kết dữ liệu đã được thông qua, có thể tinh chỉnh phân đoạn mạng và giảm miền xung đột, để tối ưu hóa hiệu suất của mạng LAN. Tuy nhiên, bridge là một thiết bị trong suốt đối với giao thức mức cao (phía trên lớp thứ ba), không thể ngăn chặn hiệu quả cơn bão phát sóng, vì vậy cần phải sử dụng một bộ định tuyến. Các bộ định tuyến đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối liên mạng con, kiểm soát an ninh và hạn chế bão phát sóng, nhưng các thuật toán phức tạp và thông lượng dữ liệu thấp khiến chúng trở thành nút cổ chai của mạng. Để giải quyết các vấn đề trên, ngành công nghiệp đã cải tiến cầu nối và sản xuất bộ chuyển mạch mạng LAN thay thế cho bộ chia trung tâm nhằm nâng cao hiệu suất của hệ thống mạng.
Switch LAN là một thiết bị mạng lớp 2. Nó liên tục thu thập và thiết lập bảng địa chỉ MAC của riêng mình trong quá trình hoạt động và làm mới nó thường xuyên. Sự ra đời của nó làm cho mọi trạm mạng đều có băng thông độc quyền của riêng mình, loại bỏ phát hiện xung đột không cần thiết và truyền lại lỗi, cải thiện hiệu quả truyền dẫn. Vì việc truyền dữ liệu người dùng là điểm-điểm, nên nó không thể nhìn thấy được đối với các nút khác. Tuy nhiên, chuyển mạch lớp 2 cũng có những điểm yếu, bao gồm không thể giải quyết hiệu quả các vấn đề của cơn bão phát sóng, kết nối mạng không đồng nhất và kiểm soát an ninh. Do đó, công nghệ VLAN (mạng cục bộ ảo) trên switch được giới thiệu.
Chuyển mạch layer 3
Chuyển mạch lớp 2 hoạt động trên lớp thứ hai của lớp liên kết dữ liệu của mô hình tham chiếu OSI. Các chức năng chính của nó bao gồm định địa chỉ vật lý, cấu trúc liên kết mạng, kiểm tra lỗi, trình tự khung, điều khiển luồng, v.v. Để cải thiện hiệu suất của việc chuyển mạch, Switch layer 3 được giới thiệu. Trên cơ sở giữ lại tất cả các chức năng của chuyển mạch lớp 2, nó bổ sung thêm nhiều chức năng mới, chẳng hạn như hỗ trợ cho VLAN, hỗ trợ liên kết để tổng hợp và thậm chí cả chức năng tường lửa. Tóm lại, cái gọi là chuyển mạch lớp 3 bổ sung chức năng định tuyến trong phân chia VLAN dựa trên giao thức.
Switch layer 3 là chìa khóa của ứng dụng Intranet. Nó kết hợp một cách hữu cơ và thông minh những ưu điểm của bộ định tuyến lớp 2 và lớp 3 thành một giải pháp linh hoạt, có thể cung cấp hiệu suất tốc độ đường truyền ở mọi cấp độ. Cấu trúc tích hợp này cũng giới thiệu thuộc tính của quản lý chính sách, không chỉ kết nối lớp thứ hai và lớp thứ ba mà còn cung cấp quá trình xử lý ưu tiên lưu lượng, cơ chế truy cập bảo mật và các chức năng khác.
Chuyển mạch lớp 3 được chia thành ba phần: lớp giao diện, lớp chuyển mạch và lớp định tuyến.
Trước đây, hầu hết dữ liệu trong mạng tuân theo quy tắc “80/20”, tức là chỉ có khoảng 20% gói dữ liệu trong mạng giao tiếp với máy chủ trung tâm hoặc các bộ phận khác của mạng doanh nghiệp thông qua bộ định tuyến đường trục. , trong khi 80% lưu lượng mạng vẫn tập trung ở các mạng con của các bộ phận khác nhau. Tuy nhiên, bây giờ, tình hình đã thay đổi cơ bản, vì vậy quy tắc “20/80” đã được hình thành. Để đối phó với lưu lượng dữ liệu ngày càng tăng, mạng truyền thông dùng chung đã được thay thế bằng mạng chuyển mạch. Thay đổi này có ảnh hưởng trực tiếp đến bộ định tuyến truyền thống ban đầu được sử dụng để phân đoạn mạng. Vì hầu hết lưu lượng dữ liệu đi qua mạng con IP, bộ định tuyến đã thực sự trở thành nút cổ chai của quá trình truyền mạng.
Chức năng chính của bộ định tuyến truyền thống là thực hiện định tuyến và kết nối mạng, nghĩa là lấy thông tin cấu trúc liên kết của mạng con và các đặc tính mạng của từng đường vật lý theo một cách nhất định, có được đường dẫn tốt nhất đến từng mạng con thông qua một định tuyến nhất định; thuật toán và thiết lập bảng định tuyến tương ứng để truyền từng gói IP đến đích.
Thứ hai, nó phải xử lý các giao thức liên kết khác nhau. Khi các gói IP đi qua mỗi bộ định tuyến, chúng cần phải đi qua các liên kết xử lý phần mềm như xếp hàng, xử lý giao thức và định tuyến địa chỉ, dẫn đến tăng độ trễ. Đồng thời, bộ định tuyến áp dụng mô hình bus chia sẻ và tổng thông lượng bị hạn chế. Khi số lượng người dùng tăng lên, tỷ lệ truy cập của mỗi người dùng giảm xuống. Các bộ định tuyến chú ý nhiều hơn đến việc hỗ trợ nhiều loại phương tiện và tốc độ truyền. Hiện tại, khả năng đệm và chuyển đổi dữ liệu quan trọng hơn thông lượng tốc độ đường truyền và độ trễ thấp. Mặc dù hiệu suất của bộ định tuyến cũng đã được cải thiện gần đây, khoảng 1mpps, nhưng chi phí sử dụng bộ định tuyến này cũng cao một cách đáng ngạc nhiên.
So với công nghệ định tuyến, công nghệ chuyển mạch có ưu điểm là tốc độ nhanh. Khi quy mô mạng lớn, một bộ định tuyến tốc độ cao và dung lượng lớn là rất cần thiết. Mặt khác, do hầu hết các mạng truyền thông hiện đại đều sử dụng công nghệ cáp quang nên điểm nghẽn chính của mạng dữ liệu là nút bộ định tuyến. Chuyển mạch lớp 3 hiện tại, chuyển mạch định tuyến hoặc các thuật ngữ khác là kết quả của ý tưởng này. Mặc dù chuyển mạch lớp 3 ban đầu được thiết kế cho mạng LAN và nó sử dụng địa chỉ IP đích để chuyển mạch, nhưng bây giờ công nghệ này cũng đã được sử dụng trong Wan.
Chuyển mạch lớp 3 ngày càng đóng vai trò quan trọng hơn trong việc xây dựng hệ thống mạng hiện nay. Nó không cần truyền các gói tin quảng bá, mà sử dụng trực tiếp các địa chỉ MAC được thiết lập động để giao tiếp, chẳng hạn như địa chỉ IP và ARP, v.v. Nó có các chức năng phát sóng đa kênh và định tuyến giữa các mạng ảo dựa trên giao thức IP và IPX, v.v. Việc thực hiện trơn tru chức năng này chủ yếu phụ thuộc vào các mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC). Các lệnh được xử lý bởi phần mềm định tuyến truyền thống được thay đổi thành các lệnh nhúng của chip ASIC, giúp tăng tốc độ chuyển tiếp và lọc gói, đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ và định tuyến tuyến tính tuyệt vời khi ở tốc độ cao.
Nguồn bài viết:
https://3onedata.com.vn/news/su-khac-biet-giua-switch-layer-3-va-bo-dinh-tuyen/
Sự phát triển của công nghệ chuyển mạch
Sự kết hợp giữa công nghệ máy tính và công nghệ truyền thông đã thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của mạng LAN. Từ sự xuất hiện của mạng Aloha vào cuối những năm 1960 đến sự xuất hiện của thiết bị chuyển mạch Ethernet vào cuối những năm 1990, nó đã trải qua từ simplex đến duplex, từ sharing đến switching, từ tốc độ thấp đến tốc độ cao, từ đơn giản đến phức tạp, từ đắt tiền đến phổ biến. Một bước nhảy vọt từ chuyển đổi lớp 2 sang chuyển đổi nhiều lớp.
Chuyển mạch layer 2
Vào thời kỳ đầu thành lập mạng LAN chủ yếu giới hạn trong việc kết nối máy chủ lưu trữ, chia sẻ tập tin và in ấn. Những yêu cầu này có thể được đáp ứng bằng cách chia sẻ băng thông 10Mbps giữa nhiều người dùng. Với quy mô mạng ngày càng được mở rộng, hệ thống mạng trước đây không còn đủ năng lực. Trong mạng LAN, thiết bị kết nối mạng sớm nhất là hub (là thiết bị thuộc lớp thứ nhất (lớp vật lý)). Trong hệ thống mạng dựa trên giao thức lớp vật lý CSMA/ CD này thường xảy ra xung đột dữ liệu người dùng dẫn đến việc truyền lại dữ liệu làm giảm hiệu quả truyền tải rất nhiều.
Vào thời điểm đó, lớp liên kết dữ liệu đã được thông qua, có thể tinh chỉnh phân đoạn mạng và giảm miền xung đột, để tối ưu hóa hiệu suất của mạng LAN. Tuy nhiên, bridge là một thiết bị trong suốt đối với giao thức mức cao (phía trên lớp thứ ba), không thể ngăn chặn hiệu quả cơn bão phát sóng, vì vậy cần phải sử dụng một bộ định tuyến. Các bộ định tuyến đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối liên mạng con, kiểm soát an ninh và hạn chế bão phát sóng, nhưng các thuật toán phức tạp và thông lượng dữ liệu thấp khiến chúng trở thành nút cổ chai của mạng. Để giải quyết các vấn đề trên, ngành công nghiệp đã cải tiến cầu nối và sản xuất bộ chuyển mạch mạng LAN thay thế cho bộ chia trung tâm nhằm nâng cao hiệu suất của hệ thống mạng.
Switch LAN là một thiết bị mạng lớp 2. Nó liên tục thu thập và thiết lập bảng địa chỉ MAC của riêng mình trong quá trình hoạt động và làm mới nó thường xuyên. Sự ra đời của nó làm cho mọi trạm mạng đều có băng thông độc quyền của riêng mình, loại bỏ phát hiện xung đột không cần thiết và truyền lại lỗi, cải thiện hiệu quả truyền dẫn. Vì việc truyền dữ liệu người dùng là điểm-điểm, nên nó không thể nhìn thấy được đối với các nút khác. Tuy nhiên, chuyển mạch lớp 2 cũng có những điểm yếu, bao gồm không thể giải quyết hiệu quả các vấn đề của cơn bão phát sóng, kết nối mạng không đồng nhất và kiểm soát an ninh. Do đó, công nghệ VLAN (mạng cục bộ ảo) trên switch được giới thiệu.
Chuyển mạch layer 3
Chuyển mạch lớp 2 hoạt động trên lớp thứ hai của lớp liên kết dữ liệu của mô hình tham chiếu OSI. Các chức năng chính của nó bao gồm định địa chỉ vật lý, cấu trúc liên kết mạng, kiểm tra lỗi, trình tự khung, điều khiển luồng, v.v. Để cải thiện hiệu suất của việc chuyển mạch, Switch layer 3 được giới thiệu. Trên cơ sở giữ lại tất cả các chức năng của chuyển mạch lớp 2, nó bổ sung thêm nhiều chức năng mới, chẳng hạn như hỗ trợ cho VLAN, hỗ trợ liên kết để tổng hợp và thậm chí cả chức năng tường lửa. Tóm lại, cái gọi là chuyển mạch lớp 3 bổ sung chức năng định tuyến trong phân chia VLAN dựa trên giao thức.
Switch layer 3 là chìa khóa của ứng dụng Intranet. Nó kết hợp một cách hữu cơ và thông minh những ưu điểm của bộ định tuyến lớp 2 và lớp 3 thành một giải pháp linh hoạt, có thể cung cấp hiệu suất tốc độ đường truyền ở mọi cấp độ. Cấu trúc tích hợp này cũng giới thiệu thuộc tính của quản lý chính sách, không chỉ kết nối lớp thứ hai và lớp thứ ba mà còn cung cấp quá trình xử lý ưu tiên lưu lượng, cơ chế truy cập bảo mật và các chức năng khác.
Chuyển mạch lớp 3 được chia thành ba phần: lớp giao diện, lớp chuyển mạch và lớp định tuyến.
- Lớp giao diện bao gồm tất cả các giao diện LAN, chẳng hạn như 10/100Mbps Ethernet, Gigabit Ethernet, FDDI, ATM, …
- Lớp chuyển mạch tích hợp nhiều loại giao diện LAN, được bổ sung bởi quản lý chính sách, và cũng cung cấp các cơ chế tổng hợp liên kết, VLAN và gắn nhãn
- Lớp định tuyến cung cấp các giao thức định tuyến LAN chính, bao gồm IP, IPX và AppleTalk, v.v. và cung cấp công nghệ chuyển tiếp lớp 3 của định tuyến truyền thống hoặc trực tiếp thông qua quản lý chính sách. Sự kết hợp giữa quản lý chính sách và quản lý hành chính giúp người quản trị mạng có thể điều chỉnh hệ thống mạng theo nhu cầu cụ thể của doanh nghiệp.
- Chuyển mạch và định tuyến tốc độ đường truyền không chặn cho tất cả các giao thức và giao thức mạng ở tất cả các cổng
- Với thông lượng cực cao, tốc độ chuyển tiếp các gói dữ liệu ((PPS) thường nhanh hơn 10 ~ 100 lần so với các bộ định tuyến trung bình và cao cấp
- Có thể chọn định tuyến nhiều giao thức, chẳng hạn như IP (RIPv1 / V2, OSPF), IP Multicast (DVMRP, PIM) và IPX
- Hỗ trợ phân chia nhiều VLAN, có thể được phân chia theo địa chỉ cổng/ MAC, giao thức, mạng con IP, IEEE 802.1Q hoặc Cisco ISL, v.v.
- Xử lý ưu tiên lưu lượng truy cập với Giao thức ReSerVation (Resource ReSerVation Protocol – RSVP) và Category of Service (CoS) và Quality of service (QoS), hỗ trợ IEEE 802.1p và Differentiated Service (DifferServ)
- Nó có thể thiết lập các quy tắc lọc của kiểm soát danh sách truy cập hoặc chính sách bảo mật dựa trên tường lửa
- Hỗ trợ Point-to-Point Protocol Over Ethernet (PPPoE), hỗ trợ xác thực người dùng an toàn, hợp tác với việc thanh toán của người dùng và nâng cao các đặc điểm quản lý người dùng
- Hỗ trợ dịch vụ phân bổ gia tăng của đơn vị băng thông Ethernet
- Khả năng lập trình của ASIC, các công nghệ hỗ trợ như IPv6 và các công nghệ khác trong tương lai để bảo vệ người dùng.
Trước đây, hầu hết dữ liệu trong mạng tuân theo quy tắc “80/20”, tức là chỉ có khoảng 20% gói dữ liệu trong mạng giao tiếp với máy chủ trung tâm hoặc các bộ phận khác của mạng doanh nghiệp thông qua bộ định tuyến đường trục. , trong khi 80% lưu lượng mạng vẫn tập trung ở các mạng con của các bộ phận khác nhau. Tuy nhiên, bây giờ, tình hình đã thay đổi cơ bản, vì vậy quy tắc “20/80” đã được hình thành. Để đối phó với lưu lượng dữ liệu ngày càng tăng, mạng truyền thông dùng chung đã được thay thế bằng mạng chuyển mạch. Thay đổi này có ảnh hưởng trực tiếp đến bộ định tuyến truyền thống ban đầu được sử dụng để phân đoạn mạng. Vì hầu hết lưu lượng dữ liệu đi qua mạng con IP, bộ định tuyến đã thực sự trở thành nút cổ chai của quá trình truyền mạng.
Chức năng chính của bộ định tuyến truyền thống là thực hiện định tuyến và kết nối mạng, nghĩa là lấy thông tin cấu trúc liên kết của mạng con và các đặc tính mạng của từng đường vật lý theo một cách nhất định, có được đường dẫn tốt nhất đến từng mạng con thông qua một định tuyến nhất định; thuật toán và thiết lập bảng định tuyến tương ứng để truyền từng gói IP đến đích.
Thứ hai, nó phải xử lý các giao thức liên kết khác nhau. Khi các gói IP đi qua mỗi bộ định tuyến, chúng cần phải đi qua các liên kết xử lý phần mềm như xếp hàng, xử lý giao thức và định tuyến địa chỉ, dẫn đến tăng độ trễ. Đồng thời, bộ định tuyến áp dụng mô hình bus chia sẻ và tổng thông lượng bị hạn chế. Khi số lượng người dùng tăng lên, tỷ lệ truy cập của mỗi người dùng giảm xuống. Các bộ định tuyến chú ý nhiều hơn đến việc hỗ trợ nhiều loại phương tiện và tốc độ truyền. Hiện tại, khả năng đệm và chuyển đổi dữ liệu quan trọng hơn thông lượng tốc độ đường truyền và độ trễ thấp. Mặc dù hiệu suất của bộ định tuyến cũng đã được cải thiện gần đây, khoảng 1mpps, nhưng chi phí sử dụng bộ định tuyến này cũng cao một cách đáng ngạc nhiên.
So với công nghệ định tuyến, công nghệ chuyển mạch có ưu điểm là tốc độ nhanh. Khi quy mô mạng lớn, một bộ định tuyến tốc độ cao và dung lượng lớn là rất cần thiết. Mặt khác, do hầu hết các mạng truyền thông hiện đại đều sử dụng công nghệ cáp quang nên điểm nghẽn chính của mạng dữ liệu là nút bộ định tuyến. Chuyển mạch lớp 3 hiện tại, chuyển mạch định tuyến hoặc các thuật ngữ khác là kết quả của ý tưởng này. Mặc dù chuyển mạch lớp 3 ban đầu được thiết kế cho mạng LAN và nó sử dụng địa chỉ IP đích để chuyển mạch, nhưng bây giờ công nghệ này cũng đã được sử dụng trong Wan.
Chuyển mạch lớp 3 ngày càng đóng vai trò quan trọng hơn trong việc xây dựng hệ thống mạng hiện nay. Nó không cần truyền các gói tin quảng bá, mà sử dụng trực tiếp các địa chỉ MAC được thiết lập động để giao tiếp, chẳng hạn như địa chỉ IP và ARP, v.v. Nó có các chức năng phát sóng đa kênh và định tuyến giữa các mạng ảo dựa trên giao thức IP và IPX, v.v. Việc thực hiện trơn tru chức năng này chủ yếu phụ thuộc vào các mạch tích hợp dành riêng cho ứng dụng (ASIC). Các lệnh được xử lý bởi phần mềm định tuyến truyền thống được thay đổi thành các lệnh nhúng của chip ASIC, giúp tăng tốc độ chuyển tiếp và lọc gói, đồng thời đảm bảo chất lượng dịch vụ và định tuyến tuyến tính tuyệt vời khi ở tốc độ cao.
Nguồn bài viết:
https://3onedata.com.vn/news/su-khac-biet-giua-switch-layer-3-va-bo-dinh-tuyen/