So sánh Switch L3 và Router

[dangquangminh]

📘 Chuyển Mạch Đa Lớp (Multilayer Switching)

I. Khái niệm và lợi ích


Chuyển mạch lớp 3 (L3 Switching) là kỹ thuật sử dụng switch lớp 3 để thực hiện định tuyến giữa các VLAN (Inter-VLAN Routing) thay vì sử dụng router truyền thống. Việc này mang lại nhiều lợi ích về hiệu năng và chi phí: 🎯 Lợi ích khi dùng L3 Switch cho Inter-VLAN Routing:

• Hiệu năng cao hơn Router:
  • Switch L3 sử dụng phần cứng chuyên dụng (ASICs) để định tuyến với tốc độ rất cao.
  • Ví dụ: Catalyst 3550-24 EMI có thể xử lý đến 6.6 triệu gói tin/giây với giá ~$4,990.
  • Trong khi đó, Router Cisco 7300 chỉ xử lý 3.5 triệu gói tin/giây, nhưng giá lên đến ~$22,000.
• Tối ưu chi phí:
  • Router cao cấp có nhiều tính năng WAN (chạy VPN, tunneling, hỗ trợ nhiều giao thức WAN...) nhưng các tính năng này không cần thiết cho việc định tuyến nội bộ giữa các VLAN.
• Mật độ cổng cao:
  • L3 Switch thường có nhiều cổng FastEthernet/Gigabit.
  • Router thường chỉ có 1–2 cổng Ethernet.
• Tính linh hoạt (flexibility):
  • Có thể chuyển đổi linh hoạt giữa chế độ switch lớp 2 (L2) và switch lớp 3 (L3).
  • Ví dụ: bình thường hoạt động như switch L2, khi cần có thể bật tính năng L3 để định tuyến VLAN.

---

II. Cấu trúc định tuyến IP – Phân biệt Routing và Switching lớp 3


Để hiểu rõ sự khác biệt giữa định tuyến lớp 3 (L3 Routing) và chuyển mạch lớp 3 (L3 Switching), cần phân tích cách một gói tin IP được xử lý qua hai mặt phẳng hoạt động: 🧠 Mặt phẳng điều khiển (Control Plane)

• Xây dựng và duy trì bảng định tuyến (Routing Table).
• Xác định:
  • Gói tin IP cần đi qua giao diện nào?
  • Next-hop là gì?
  • Tuyến đường có khả dụng không?
• Đây là nơi hoạt động của L3 Routing.

🚀 Mặt phẳng dữ liệu (Data Plane)

• Thực thi việc chuyển tiếp gói tin dựa trên thông tin từ mặt phẳng điều khiển.
• Thực hiện các tác vụ như:
  • Cập nhật TTL.
  • Tính toán lại IP Header Checksum.
  • Gắn địa chỉ MAC phù hợp để đến hop tiếp theo.
• Đây là nơi hoạt động chính của L3 Switching – vì nó thực hiện định tuyến ở tốc độ phần cứng.

---

III. Ví dụ minh họa: Gói tin đi từ PC A đến PC B qua hai Router



PC A (1.1.1.10) ----> Router A ----> Router B ----> PC B (3.3.3.10)
🌐 Diễn giải từng bước:

1. PC A nhận thấy địa chỉ IP đích (3.3.3.10) nằm ngoài mạng nội bộ → gửi gói tin đến Default Gateway (Router A).
2. PC A đóng gói gói tin IP vào Ethernet Frame:
   • Nếu chưa biết MAC của Router A → gửi ARP Request để hỏi MAC của IP 1.1.1.1.
   • Router A trả lời ARP Reply với MAC = 0000.0001.0001.
3. Router A nhận gói tin, bắt đầu:
   • Control Plane: tìm đường đi đến 3.3.3.10 → qua next-hop 2.2.2.2 (Router B).
   • Data Plane: đóng gói lại gói IP vào frame Ethernet mới:
     • MAC nguồn = MAC của Router A.
     • MAC đích = MAC của Router B.
4. Router B tiếp nhận gói tin → lặp lại tiến trình, cuối cùng gói tin đến được PC B.

⚠️ Lưu ý: Trong toàn bộ quá trình, địa chỉ IP nguồn và đích không đổi, chỉ có địa chỉ MAC nguồn và đích thay đổi theo từng bước nhảy (hop).

---

IV. Tóm tắt so sánh: L3 Routing vs. L3 Switching

Hiệu năng	Chạy bằng phần mềm (CPU)	Chạy bằng phần cứng (ASICs) – nhanh hơn
Chi phí	Cao hơn	Thấp hơn cho cùng hiệu năng
Tính năng WAN	Đầy đủ	Hạn chế/không có
Mật độ cổng	Thấp	Cao (nhiều cổng FastEthernet/Gigabit)
Phù hợp	Routing WAN, VPN, BGP...	Inter-VLAN Routing trong nội bộ LAN