Switch Layer 2 và Switch Layer 3 lựa chọn loại nào trong thiết kế mô hình mạng?

 

Thiết bị chuyển mạch lớp 2 ( switch Layer 2) là một trong những thiết bị cơ bản được sử dụng để kết nối tất cả các thiết bị mạng và thiết bị khách (client device). Nhưng hiện tại, chuyển mạch lớp 3 (switch Layer 3) đang phát triển mạnh trong các trung tâm dữ liệu (Data center) , mạng doanh nghiệp phức tạp và các ứng dụng thương mại với sự đa dạng ngày càng tăng của các ứng dụng mạng và triển khai mạng hội tụ (converged network). Vậy câu hỏi đặt ra đối với chúng ta nên lựa chọn thiết bị chuyển mạch switch layer 2 hay layer 3 trong thiết kế mô hình mạng doanh nghiệp?

Switch Layer 2 và Switch Layer 3 là gì?

Switch Layer 2 và Switch Layer 3 được sử dụng trong mô hình Open System Interconnect (OSI), đây là một mô hình tham chiếu để mô tả và giải thích truyền thông mạng. Mô hình OSI có 7 lớp ( 7 layer): Lớp ứng dụng, Lớp trình bày, Lớp phiên, Lớp truyền tải, Lớp mạng, Lớp liên kết dữ liệu và Lớp vật lý, trong đó Layer 2 và Layer 3 tương ứng là Lớp liên kết dữ liệu và Lớp mạng, và các thiết bị chuyển mạch (switch) làm việc trong các lớp này được gọi là Switch Layer 2 và Switch Layer 3.

Hình 1: Layer 2 & Layer 3 trong mô hình OSI.

So sánh Switch Layer 2 với Layer 3

Layer 2 và Layer 3 khác nhau chủ yếu ở chức năng định tuyến. Switch Layer 2 chỉ hoạt động với địa chỉ MAC và không quan tâm đến địa chỉ IP hoặc bất kỳ mục nào của các Layer cao hơn. Switch Layer 3, hoặc Switch đa Lớp (multilayer switch), có thể thực hiện tất cả các công việc của Switch Layer 2 và có thêm chức năng định tuyến tĩnh, định tuyến động bổ sung. Điều đó có nghĩa là, bộ chuyển mạch Layer 3 có cả bảng địa chỉ MAC và bảng định tuyến IP, đồng thời xử lý giao tiếp nội bộ VLAN và định tuyến gói tin giữa các VLAN khác nhau. Ngoài ra còn có Switch Layer 2+ (Layer 3 Lite) chỉ thêm định tuyến tĩnh. Ngoài các gói định tuyến, bộ chuyển mạch Layer 3 cũng bao gồm các chức năng yêu cầu thông tin địa chỉ IP của dữ liệu đi đến  bộ chuyển mạch, chẳng hạn như gắn thẻ lưu lượng VLAN dựa trên địa chỉ IP thay vì cấu hình cổng theo cách thủ công. Switch Layer 3 được tăng cường sức mạnh và bảo mật theo yêu cầu.

Khi tìm hiểu và so sánh nhu cầu sử dụng Switch Layer 2 và Layer 3, bạn nên nghĩ xem thiết bị sẽ được sử dụng ở đâu.

+ Nếu bạn có miền lớp 2 thuần túy, bạn có thể chỉ cần sử dụng Switch Layer 2. Miền thuần túy lớp 2 là nơi chỉ có các máy tính được kết nối, do đó chỉ cần Switch Layer 2 mạng vẫ sẽ hoạt động tốt. Đây thường được gọi là lớp truy cập trong cấu trúc liên kết mạng.

+ Nếu bạn cần Switch để tổng hợp nhiều Switch truy cập và thực hiện định tuyến giữa các VLAN, thì cần có Switch Layer 3. Đây được gọi là lớp phân phối trong cấu trúc liên kết mạng.

Hình 2: Khi nào sử dụng Switch Layer 2, Switch Layer 3 và bộ định tuyến?

 

Nhu cầu	Switch Layer 2	Switch Layer 3
Chức năng định tuyến	Chỉ địa chỉ Mac	Hỗ trợ định tuyến cao hơn như định tuyến tĩnh và định tuyến động
Gắn  VLAN dựa trên địa chỉ IP	Không	Có
Nhiều VLAN	Không	Có
Mô hình Sử dụng	Miền chỉ Lớp 2	Tổng hợp nhiều Switch truy cập

Lựa chọn switch Layer 2 và Layer 3: Các thông số chính cần xem xét khi mua thiết bị

Nếu bạn đang mua Switch Layer 2 hoặc Layer 3, thì có một số thông số chính mà bạn nên kiểm tra, bao gồm tốc độ chuyển tiếp (forwarding rate), băng thông trao đổi bảng mạch (backplane bandwidth), số lượng VLAN, bộ nhớ bảng địa chỉ MAC, độ trễ (latency), v.v.

Tốc độ chuyển tiếp (forwarding rate) hay throughput rate là khả năng chuyển tiếp gói tin của một thiết bị chuyển mạch. Tốc độ chuyển tiếp được biểu thị bằng gói trên giây (pps). Công thức sau cung cấp cách tính tốc độ chuyển tiếp của một Switch:

Forwarding Rate (pps): Tốc độ chuyển tiếp = số cổng 10Gbit / s * 14.880.950 pps + số cổng 1 Gbit / s * 1.488.095 pps + số cổng 100Mbit / s * 148.809 pps

Ví dụ: Cisco C9200L-24T-4X-E có 24 cổng 1 Gbit / s và 4 cổng 10 Gbit / s, vì vậy tốc độ chuyển tiếp của nó là:

24 * 1.488.095 pps + 4 * 14.880.950 pps = 95.238.080 pps ≈ 95.23 Mpps

Thông số tiếp theo là băng thông bảng mạch (backplane bandwidth) hoặc dung lượng chuyển mạch (switch fabric capacity), là khả năng đáp ứng hay giới hạn tổng lưu lượng chuyển mạch của thiết bị. Khi giới hạn lưu lượng của thiết bị bằng tổng tốc độ của tất cả các cổng, thì thiết bị được gọi là không chặn (non-blocking). Tổng tốc độ của tất cả các cổng được tính hai lần, một cho hướng theo thông lượng truyền (Tx) và một cho hướng thông lượng nhận (Rx). Băng thông chuyển mạch được biểu thị bằng bit trên giây (bps hoặc bit/s).

Backplane Bandwidth (bps): Băng thông bảng mạch = số cổng * tốc độ dữ liệu cổng * 2

Vì vậy, băng thông trao đổi cho C9200L-24T-4X-E là:

(24 * 1 Gbps + 4 * 10 Gbps) * 2 = 128 Gbps

Các thông số quan trọng khác là số lượng VLAN có thể được cấu hình. Nói chung, 1K = 1024 VLAN là đủ cho Switch Layer 2 và số VLAN điển hình cho Switch Layer 3 là 4k = 4096.

Bộ nhớ của bảng địa chỉ MAC là số địa chỉ MAC mà một Switch có thể giữ, thường được biểu thị bằng 8k hoặc 128k.

Độ trễ là thời gian trễ mà quá trình truyền dữ liệu phải chịu. Nó yêu cầu càng ngắn càng tốt, vì vậy độ trễ thường được biểu thị bằng nano giây (ns).

Tổng kết

Bài viết này đã giải thích sự khác biệt của Layer 2 và Layer 3 Switch, với hy vọng qua bài viết có thể giúp quyết định lựa chọn sử dụng giữa các loại thiết bị này. Ngoài ra, qua việc so sánh các thông số chính để đo Switch Layer 2 hoặc Layer 3. Vì vậy Không phải lúc nào thiết bị cao cấp hơn cũng là tốt hơn, việc lựa chọn thiết bị thích hợp nhất cho ứng dụng cụ thể phù hợp với nhu cầu của bạn mới là điều quan trọng.