Switch và router khác nhau như thế nào?

Switch là thiết bị mạng dùng để kết nối nhiều thiết bị trong cùng một mạng LAN, chẳng hạn máy tính, máy in, camera hoặc máy chủ. Với switch Layer 2, đơn vị được chuyển tiếp là Ethernet frame và thông tin quan trọng để quyết định cổng đích là địa chỉ MAC.

Switch học địa chỉ MAC nguồn từ các frame đi vào từng cổng và xây dựng bảng địa chỉ MAC tương ứng với cổng, thường gắn với từng VLAN. Khi biết MAC đích nằm ở cổng nào, switch có thể chuyển frame trực tiếp đến cổng đó thay vì gửi đến tất cả các cổng trong cùng VLAN. Nếu MAC đích chưa có trong bảng, switch Layer 2 có thể flood frame trong phạm vi VLAN để tìm thiết bị đích.

Vì vậy, vai trò điển hình của switch là kết nối và chuyển tiếp lưu lượng bên trong một mạng LAN hoặc VLAN.

Điểm quan trọng là không nên hiểu rằng mọi switch đều chỉ hoạt động ở Layer 2. Switch Layer 3 có thể thực hiện định tuyến giữa các VLAN hoặc subnet. Tuy nhiên, khi nói về sự khác biệt cơ bản giữa switch và router, cách phân biệt phổ biến nhất vẫn là switch Layer 2 xử lý frame theo MAC, còn router xử lý packet ở Layer 3 theo IP.

Router là gì và chuyển tiếp dữ liệu như thế nào?

Router là thiết bị thực hiện chức năng chuyển tiếp IP giữa các mạng hoặc subnet khác nhau. Thay vì chỉ quan tâm frame cần đi ra cổng LAN nào, router phải xác định packet IP cần được chuyển tiếp tới mạng đích nào và chọn interface hoặc next hop thích hợp.

Router sử dụng thông tin định tuyến trong routing table hoặc forwarding table để đưa ra quyết định. Khi nhận một IP packet, router xem địa chỉ IP đích, xác định route phù hợp rồi chuyển packet qua interface tương ứng. Trong quá trình chuyển tiếp, phần header ở tầng liên kết dữ liệu có thể được tháo bỏ và đóng gói lại phù hợp với mạng kế tiếp.

Đây là lý do router có vai trò ở ranh giới giữa các mạng. Ví dụ, một mạng gia đình có thể có LAN 192.168.1.0/24 và kết nối Internet thông qua router. Router là thiết bị quyết định traffic từ LAN đi tới mạng bên ngoài qua đường nào.

Nói ngắn gọn, router trả lời câu hỏi “packet này phải đi đến mạng nào và qua đâu?”, trong khi switch Layer 2 chủ yếu trả lời “frame này phải đi ra cổng nào trong miền LAN hiện tại?”

Switch và router khác nhau ở đâu?

Sự khác biệt dễ hiểu nhất nằm ở đối tượng được chuyển tiếp, thông tin dùng để ra quyết định và phạm vi kết nối.

Bảng trên mô tả mô hình cơ bản. Trong thực tế, một thiết bị switch Layer 3 có thể vừa duy trì chức năng switching theo MAC vừa thực hiện routing theo IP. Vì vậy, không nên dùng riêng câu “switch hoạt động ở Layer 2, router hoạt động ở Layer 3” như một quy tắc tuyệt đối cho mọi thiết bị hiện đại.

Cơ chế chuyển tiếp của switch và router khác nhau thế nào?

Khác biệt về chức năng kết nối xuất phát trực tiếp từ cách hai thiết bị đưa ra quyết định chuyển tiếp.

Với switch Layer 2, thiết bị gửi một Ethernet frame có MAC đích. Switch tra MAC đích trong bảng MAC để xác định cổng ra. Bảng này được hình thành thông qua quá trình học MAC từ địa chỉ nguồn của các frame nhận được. Khi thông tin MAC đích chưa có, switch có thể flood frame trong VLAN thay vì chọn một cổng cụ thể.

Với router, packet chứa địa chỉ IP nguồn và IP đích. Router đối chiếu IP đích với thông tin định tuyến để tìm route phù hợp. Sau đó router xác định interface và, khi cần, next hop để tiếp tục chuyển packet.

Có thể hình dung quá trình như sau:

Switch Layer 2:

Thiết bị A → Frame → Switch → Tra MAC đích → Chọn cổng → Thiết bị B

Router:

Thiết bị A → IP packet → Router → Tra IP đích trong bảng định tuyến → Chọn route/next hop → Mạng kế tiếp

Điểm khác biệt không chỉ nằm ở tên bảng dữ liệu. Nó phản ánh hai nhiệm vụ khác nhau: switch chủ yếu duy trì kết nối trong một miền mạng Layer 2, còn router quyết định đường đi giữa các miền mạng Layer 3.

Khi nào dùng switch, khi nào cần router?

Nếu mục tiêu là kết nối nhiều thiết bị trong cùng một LAN, switch thường là thành phần phù hợp. Ví dụ, một văn phòng có nhiều máy tính, máy in và access point cần kết nối với nhau có thể dùng switch để tập trung các kết nối Ethernet.

Router cần thiết khi lưu lượng phải đi giữa các mạng hoặc subnet khác nhau. Trường hợp điển hình là kết nối mạng nội bộ với Internet, kết nối các subnet của một hệ thống doanh nghiệp hoặc thực hiện định tuyến giữa những mạng có prefix khác nhau.

Trong một mạng thực tế, switch và router thường không thay thế nhau mà phối hợp với nhau. Một mô hình đơn giản có thể là:

Thiết bị đầu cuối → Switch → Router → Internet hoặc mạng khác

Switch tập trung các thiết bị trong LAN, còn router làm nhiệm vụ đưa traffic ra khỏi mạng hiện tại và chuyển tới mạng đích.

Với hệ thống cần định tuyến giữa nhiều VLAN, có thể sử dụng router hoặc switch Layer 3 tùy kiến trúc mạng và yêu cầu triển khai. Vì vậy, lựa chọn thiết bị không nên chỉ dựa vào số lượng cổng mà phải dựa vào việc traffic cần được chuyển tiếp trong cùng mạng hay giữa các mạng.

Có thể phân biệt switch và router bằng một quy tắc đơn giản nào?

Có thể bắt đầu bằng hai câu hỏi:

1. Dữ liệu đang được chuyển tiếp trong cùng mạng LAN/VLAN hay phải đi sang mạng khác?

Nếu chủ yếu là kết nối các thiết bị trong cùng LAN/VLAN, switch là thành phần điển hình.

Nếu traffic phải đi từ subnet hoặc mạng này sang subnet hoặc mạng khác, cần chức năng routing của router hoặc switch Layer 3.

2. Thiết bị đang quyết định chuyển tiếp dựa chủ yếu trên thông tin nào?

Nếu là MAC và bảng MAC trong mô hình Layer 2, đó là switching.

Nếu là IP và bảng định tuyến/forwarding, đó là routing.

Cách phân biệt này hữu ích hơn việc chỉ nhìn hình dạng thiết bị hoặc số lượng cổng. Một thiết bị có nhiều cổng vẫn có thể là router, và một switch Layer 3 cũng có thể thực hiện routing.

Về bản chất, switch và router khác nhau chủ yếu ở phạm vi và cách chúng đưa ra quyết định chuyển tiếp: switch Layer 2 tập trung vào việc chuyển frame trong miền mạng hiện tại bằng thông tin MAC, còn router tập trung vào việc chuyển IP packet giữa các mạng bằng thông tin định tuyến. Khi cần thiết, switch Layer 3 có thể đảm nhiệm thêm chức năng routing, nhưng điều đó không làm mất đi sự khác biệt về hai cơ chế chuyển tiếp này.