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| '''topic''' kurze Beschreibung | | '''Switch''' - [[Kabelkonzentrator]] auf [[:Kategorie:OSI/2 Data Link|OSI-Layer 2]] |
| == Beschreibung == | | == Beschreibung == |
| | ; Kommunikation zwischen Netzwerkgeräten |
| [[Datei:Netgear Gigabit Switch 5-port.jpg|mini|5-Port-Switch]] | | [[Datei:Netgear Gigabit Switch 5-port.jpg|mini|5-Port-Switch]] |
| [[Datei:2550T-PWR-Front.jpg|mini|Switch mit 50 Ethernet-Ports]] | | [[Datei:2550T-PWR-Front.jpg|mini|Switch mit 50 Ethernet-Ports]] |
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| * Ein Switch ist ein Gerät in einem Computernetzwerk, das andere Geräte miteinander verbindet.
| | Switches verwalten den Datenfluss über ein Netzwerk, indem sie ein empfangenes Netzwerkpaket nur an das eine oder die mehrere Geräte senden, für die das Paket bestimmt ist |
| * Mehrere Datenkabel werden an einen Switch angeschlossen, um die Kommunikation zwischen verschiedenen Netzwerkgeräten zu ermöglichen.
| | * Jedes mit einem Switch verbundene Netzwerkgerät kann anhand seiner Netzwerkadresse identifiziert werden, sodass der Switch den Verkehrsfluss lenken und so die Sicherheit und Effizienz des Netzwerks maximieren kann |
| ** Switches verwalten den Datenfluss über ein Netzwerk, indem sie ein empfangenes Netzwerkpaket nur an das eine oder die mehreren Geräte senden, für die das Paket bestimmt ist.
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| ** Jedes mit einem Switch verbundene Netzwerkgerät kann anhand seiner Netzwerkadresse identifiziert werden, sodass der Switch den Verkehrsfluss lenken und so die Sicherheit und Effizienz des Netzwerks maximieren kann.
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| [[Datei:Netgear Gigabit Switch 5-port.jpg|mini|5-Port-Switch]]
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| [[Datei:2550T-PWR-Front.jpg|mini|Switch mit 50 Ethernet-Ports]]
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| [[Datei:Netzwerktopologie Stern.png|mini|Ein Netzwerk mit zentralem Switch bildet eine [[Stern-Topologie]].]] | | [[Datei:Netzwerktopologie Stern.png|mini|Ein Netzwerk mit zentralem Switch bildet eine [[Stern-Topologie]].]] |
| | ; ''Switch'' (vom Englischen für "Schalter", "Umschalter" oder "Weiche", auch ''Netzwerkweiche'' oder ''Verteiler'' genannt) bezeichnet ein Kopplungselement in [[Rechnernetz]]en, das [[Netzwerksegment]]e miteinander verbindet |
| | * Es sorgt innerhalb eines Segments ([[Broadcast-Domain]]) dafür, dass [[Datenframe|die Datenpakete]], sogenannte "Frames", an ihr Ziel kommen |
| | * Im Unterschied zu einem auf den ersten Blick ähnlichen [[Hub (Netzwerktechnik)|Repeater-Hub]] werden Frames aber nicht einfach an alle anderen Ports weitergeleitet, sondern nur an den, an dem das Zielgerät angeschlossen ist - ein Switch trifft eine Weiterleitungsentscheidung anhand der selbsttätig gelernten [[MAC-Adresse|Hardware-Adressen]] der angeschlossenen Geräte |
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| '''Switch''' (vom Englischen für „Schalter“, „Umschalter“ oder „Weiche“, auch ''Netzwerkweiche'' oder ''Verteiler'' genannt) bezeichnet ein Kopplungselement in [[Rechnernetz]]en, das [[Netzwerksegment]]e miteinander verbindet.
| | ; Der Begriff ''Switch'' bezieht sich allgemein auf eine [[Bridge|Multiport-Bridge]] - ein aktives [[Netzwerk/Hardware|Netzwerkgerät]], das Frames anhand von Informationen aus dem [[Sicherungsschicht|Data Link Layer]] (Layer 2) des [[OSI-Modell]]s weiterleitet |
| * Es sorgt innerhalb eines Segments ([[Broadcast-Domain]]) dafür, dass [[Datenframe|die Datenpakete]], sogenannte „Frames“, an ihr Ziel kommen.
| | * Manchmal werden auch die präziseren Bezeichnungen ''Bridging Hub'' oder ''Switching Hub'' verwendet, im [[IEEE 802.3]]-Standard heißt die Funktion ''MAC Bridge''. ''(Packet [[Paketvermittlung|"Switching"]]'' ist aus der [[Leitungsvermittlung|leitungsvermittelnden]] Technik entlehnt, tatsächlich wird nichts "geschaltet". |
| * Im Unterschied zu einem auf den ersten Blick sehr ähnlichen [[Hub (Netzwerktechnik)|Repeater-Hub]] werden Frames aber nicht einfach an alle anderen Ports weitergeleitet, sondern nur an den, an dem das Zielgerät angeschlossen ist – ein Switch trifft eine Weiterleitungsentscheidung anhand der selbsttätig gelernten [[MAC-Adresse|Hardware-Adressen]] der angeschlossenen Geräte.
| | * Der erste ''EtherSwitch'' wurde im Jahr 1990 von [[Kalpana (Unternehmen)|Kalpana]] eingeführt |
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| Der Begriff ''Switch'' bezieht sich allgemein auf eine [[Bridge (Netzwerk)|Multiport-Bridge]] – ein aktives [[Netzwerkkomponente|Netzwerkgerät]], das Frames anhand von Informationen aus dem [[Sicherungsschicht|Data Link Layer]] (Layer 2) des [[OSI-Modell]]s weiterleitet. | |
| * Manchmal werden auch die präziseren Bezeichnungen ''Bridging Hub'' oder ''Switching Hub'' verwendet, im [[IEEE 802.3]]-Standard heißt die Funktion ''MAC Bridge''. ''(Packet<!--sic!-->) [[Paketvermittlung|„Switching“]]'' ist aus der [[Leitungsvermittlung|leitungsvermittelnden]] Technik entlehnt, tatsächlich wird nichts „geschaltet“.<ref>{{Internetquelle |titel=The Evolution of Packet<!--sic!--> Switching |autor=[[Lawrence Roberts (Ingenieur)|Lawrence G. | |
| * Roberts]] |datum=1978-11 |zugriff=2019-08-27 |url=http://www.packet.cc/files/ev-packet-sw.html |archiv-url=https://web.archive.org/web/20160324033133/http://www.packet.cc/files/ev-packet-sw.html |archiv-datum=2016-03-24}}</ref> Der erste ''EtherSwitch'' wurde im Jahr 1990 von [[Kalpana (Unternehmen)|Kalpana]] eingeführt. | |
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| Das dem Switch vergleichbare Gerät auf Netzwerkschicht 1 (Layer 1) wird als (Repeater-)Hub bezeichnet.
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| * Switches, die zusätzlich Daten auf der Netzwerkschicht ([[Layer 3]] und höher) verarbeiten, werden oft als [[Layer-3-Switch]]es oder Multilayer-Switches bezeichnet und können die Funktion eines [[Router]]s erfüllen.
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| * Neben Ethernet-Switches gibt es [[Fibre Channel|Fibre-Channel]]-Switches, auch [[Serial Attached SCSI|SAS]]-[[Serial Attached SCSI#Expander|Expander]] werden immer häufiger als Switches bezeichnet.
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| * Fibre Channel (FC) definiert ein nicht routingfähiges Standardprotokoll aus dem Bereich der [[Storage Area Network|Speichernetzwerke]], das als Variante von [[Small Computer System Interface|SCSI]] für die Hochgeschwindigkeitsübertragung großer Datenmengen konzipiert wurde.
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| * SAS (Serial Attached SCSI) ist der direkte Nachfolger der älteren parallelen SCSI-Schnittstelle.
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| == Rolle in einem Netzwerk ==
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| * Switches werden am häufigsten als Netzwerkverbindungspunkt für Hosts am Rand eines Netzwerks verwendet.
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| * In hierarchischen Internetworking-Modell werden Switches auch tiefer im Netzwerk verwendet, um Verbindungen zwischen den Switches am Rand herzustellen.
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| == Eigenschaften und Funktionen ==
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| [[Datei:Switches in rack.jpg|mini|hochkant|links|24-Port-Switches]]
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| [[Datei:Smartswitch6000.jpg|mini|Modularer Switch mit 38 Ports von [[Cabletron Systems]]]]
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| [[Datei:Cisco 1900 switch inside.jpg|mini|Cisco 1900 Innenansicht]]
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| [[Datei:Switch 5Port IMG 1170.JPG|mini|Innenansicht eines<br />vollintegrierten 5-Port-Switches]]
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| [[Datei:Switch-schematic-image.svg|mini|([[Cisco Systems|Cisco]]-)Symbol für einen Switch]]
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| Einfache Switches arbeiten ausschließlich auf der Schicht 2 ([[Sicherungsschicht]]) des OSI-Modells.
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| * Der Switch verarbeitet bei Erhalt eines Frames die 48 Bit lange [[MAC-Adresse]] (z. B. 08:00:20:ae:fd:7e) und legt dazu einen Eintrag in der [[#Source Address Table|Source-Address-Table (SAT)]] an, in der neben der MAC-Adresse auch der physische [[Port (Schnittstelle)|Port]] (Anschlussbuchse), an dem diese empfangen wurde, gespeichert wird.
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| * Im Unterschied zum [[Hub (Netzwerktechnik)|Hub]] werden Frames anschließend nur noch an den Port weitergeleitet, der für die entsprechende Zieladresse in der SAT gelistet ist.
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| * Ist der Weg zur Zieladresse noch unbekannt (Lernphase), leitet der Switch das betreffende Frame an alle anderen aktiven Ports.
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| * Ein Unterschied zwischen Bridge und Switch ist die Anzahl der Ports: Bridges haben typischerweise nur zwei Ports, selten drei oder mehr, Switches hingegen haben als Einzelgeräte etwa 5 bis 50 Ports, modulare Switches auch mehrere Hundert.
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| * Von [[Small Office, Home Office|SOHO]]- über große Gebäudeinstallationen bis zu Rechenzentren ändern sich die Gehäuse fließend.
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| * Größere Geräte haben überwiegend Metallgehäuse und sind mit Montagewinkeln für den Einbau in 10[[Zoll (Einheit)|″]]- oder 19″-[[Rack]]s ausgestattet.
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| * Alle Ports sollten unabhängig voneinander gleichzeitig senden und empfangen können (non-blocking).
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| * Ein anderer möglicher Unterschied zu Bridges ist, dass manche Switch-Typen die Cut-Through-Technik und andere Erweiterungen (s. u.) beherrschen.
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| * So verringert sich die Latenz, also die Verzögerung vom Absenden einer Anfrage und dem Eintreffen der Antwort darauf.
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| * Switches können auch mit [[Broadcast]]s umgehen; diese werden an alle Ports weitergeleitet.
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| * Bis auf wenige Ausnahmen gilt: Ein Switch ist eine Bridge, aber nicht jede Bridge ist ein Switch.
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| * Eine Ausnahme bilden Bridges, die verschiedene Protokolle wie [[Token Ring]] und Ethernet ([[Bridge (Netzwerk)|MAC-Bridge oder LLC-Bridge]]) verbinden können.
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| * Eine solche Funktionalität ist bei Switches nicht anzutreffen.
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| Für die angeschlossenen Geräte verhält sich ein Switch weitgehend transparent.
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| * Wenn die Kommunikation überwiegend zwischen den Geräten innerhalb eines Segments stattfindet, wird durch den Einsatz eines Switches die Anzahl der kursierenden Frames in den übrigen Segmenten drastisch reduziert.
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| * Muss ein Switch allerdings Frames in andere Segmente weiterleiten, führt sein Einsatz eher zu einer Verzögerung der Kommunikation (Latenz).
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| * Bei Überlastung eines Segments oder zu wenig Pufferspeicher im Switch kann es zum Verwerfen von Frames kommen.
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| * Dies muss durch Protokolle höherer Schichten wie [[Transmission Control Protocol|TCP]] ausgeglichen werden.
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| === Layer-2- und Layer-3-Switches ===
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| Man unterscheidet zwischen Layer-2- und [[Layer-3-Switch|Layer-3]]- bzw. höheren Switches.
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| * Layer-2-Geräte sind häufig einfachere Modelle.
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| * Kleinere Geräte verfügen oft nur über grundsätzliche Funktionen und beherrschen meist keine Management-Funktionen (sind allerdings [[Plug and Play|Plug-and-Play]]-fähig), oder nur mit einem geringen Funktionsumfang wie Portsperren oder Statistiken.
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| * Professionelle Layer-3- bzw. höhere Switches verfügen in der Regel auch über Management-Funktionen; neben den grundlegenden Switch-Funktionen verfügen sie zusätzlich über Steuer- und Überwachungsfunktionen, die auch auf Informationen aus höheren Schichten als Layer 2 beruhen können, wie z. B. [[IPFilter|IP-Filterung]], Priorisierung für [[Quality of Service]], Routing.
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| * Im Unterschied zu einem [[Router]] erfolgt bei einem Layer-3-Switch die ''Weiterleitungsentscheidung'' in der Hardware und somit schneller bzw.
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| * mit geringerer [[Verzögerung (Telekommunikation)|Latenz]].
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| * Der Funktionsumfang von Layer-4-Switches und höher unterscheidet sich stark von Hersteller zu Hersteller, üblicherweise werden aber solche Funktionen in Hardware abgebildet wie [[Network Address Translation]]/[[Port Address Translation]] und [[Load Balancing]].
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| === Top of Rack Switch (ToR) ===
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| In [[Rechenzentrum|Rechenzentrumsnetzwerken]] mit viel Datenverkehr, werden häufig pro Serverrack einer oder mehrere Switches zur Unterverteilung im Rack genutzt.
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| * Diese bezeichnet man als "Top of Rack Switch", sie sind im Normalfall oben im Rack verbaut.
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| * Besonders häufig Verwendung finden diese ToRs in der [[Spine-Leaf-Architektur]], können aber auch in einem klassischen [[Topologie_(Rechnernetz)#Stern-Topologie|Sternnetzwerk]] verbaut werden.
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| Ziel dieses Konzepts ist es, den Verkabelungsaufwand zwischen vielen Servern und Netzwerksystemen zu minimieren, die in größeren Rechenzentren mehrere zehntausend Systeme umfassen können.
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| * Seit SFF-8431 für [[IEEE_802.3ae]] sind "[[Direct-Attach Copper]]" (DAC) zur Rack-Verkabelung üblich.
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| * Die DACs haben typischerweise eine Länge von 2 m bis 7 m und sind passive Kupferkabel, die ohne ggf. fehleranfällige [[Laser]] oder [[Glasfaser]] auskommen.
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| * Die ToRs aggregieren den Datenverkehr der angeschlossenen Server und transportieren ihn dann gesammelt via [[Lichtwellenleiter]] zum Core-Netzwerk.<ref>{{Internetquelle |titel=ToR (top of rack)|autor=www.itwissen.info |zugriff=2021-03-25 |url=https://www.itwissen.info/ToR-top-of-rack-ToR-Switch.html |archiv-url=https://web.archive.org/web/20210121055021/https://www.itwissen.info/ToR-top-of-rack-ToR-Switch.html |archiv-datum=2021-01-21}}</ref>
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| === Management ===
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| Die Konfiguration oder Steuerung eines Switches mit Management-Funktionen geschieht je nach Hersteller über eine Kommandozeile (über [[Telnet]] oder [[Secure Shell|SSH]]), eine Weboberfläche, eine spezielle Steuerungssoftware oder über eine Kombination dieser Möglichkeiten.
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| * Bei den aktuellen, „non-managed“ (Plug-and-Play-)Switches beherrschen manche höherwertige Geräte ebenfalls Funktionen wie [[VLAN#Tagged VLANs|tagged VLAN]] oder Priorisierung und verzichten dennoch auf eine Konsole oder ein sonstiges Management-Interface.
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| == Überbrückung (Bridging) ==
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| [[File:Smartswitch6000.jpg|thumb|Ein modularer Netzwerk-Switch mit drei Netzwerkmodulen (insgesamt 24 Ethernet- und 14 Fast Ethernet-Ports) und einem Netzteil.]]
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| * Moderne Switches verwenden hauptsächlich Ethernet-Schnittstellen.
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| * Die Kernfunktion eines Ethernet-Switches besteht darin, eine Multiport-Layer-2-Überbrückung bereitzustellen.
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| * Layer-1-Funktionalität ist in allen Switches zur Unterstützung der höheren Schichten erforderlich. Viele Switches führen auch Operationen auf anderen Ebenen aus.
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| ** Ein Gerät, das mehr als nur überbrücken kann, wird als Multilayer-Switch bezeichnet.
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| ** Ein Schicht-2-Netzwerkgerät ist ein Multiport-Gerät, das Hardwareadressen und MAC-Adressen verwendet, um Daten auf der Datenverbindungsschicht (Schicht 2) zu verarbeiten und weiterzuleiten.
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| == Funktionsweise ==
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| [[Datei:IP-Paket Switch.svg|mini|Ein Switch zur Verknüpfung zweier Netzwerksegmente]]
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| * Im Folgenden wird, sofern nicht anders gekennzeichnet, von Layer-2-Switches ausgegangen.
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| * Die einzelnen Ein-/Ausgänge, die sogenannten „Ports“, eines Switches können unabhängig voneinander Daten empfangen und senden.
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| ** Diese sind entweder über einen internen Hochgeschwindigkeitsbus (Backplane-Switch) oder kreuzweise miteinander verbunden (Matrix Switch).
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| ** Datenpuffer sorgen dafür, dass nach Möglichkeit keine Frames verlorengehen.
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| === Source Address Table ===
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| * Ein Switch muss im Regelfall nicht konfiguriert werden.
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| * Empfängt er ein Frame nach dem Einschalten, speichert er die MAC-Adresse des Senders und die zugehörige Schnittstelle in der Source Address Table (SAT).
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| * Wird die Zieladresse in der SAT gefunden, so befindet sich der Empfänger im Segment, das an der zugehörigen Schnittstelle angeschlossen ist.
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| * Das Frame wird dann an diese Schnittstelle weitergeleitet.
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| * Sind Empfangs- und Zielsegment identisch, muss das Frame nicht weitergeleitet werden, da die Kommunikation ohne Switch im Segment selbst stattfinden kann.
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| ** Falls die Zieladresse (noch) nicht in der SAT ist, muss das Frame an alle anderen Schnittstellen weitergeleitet werden.
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| ** In einem IPv4-Netz wird der SAT-Eintrag meist bereits während der sowieso nötigen ARP-Adressenanfragen vorgenommen.
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| ** Zunächst wird aus der ARP-Adressenanfrage eine Zuordnung der Absender-MAC-Adresse möglich, aus dem Antwort-Frame erhält man dann die Empfänger-MAC-Adresse.
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| === Switched LANs – Mechanismen ===
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| * Ein Ethernet-Frame enthält die Zieladresse nach der so genannten Datenpräambel in den ersten 48 Bits (6 Bytes).
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| * Mit der Weiterleitung an das Zielsegment kann also schon nach Empfang der ersten sechs Bytes begonnen werden, noch während das Frame empfangen wird.
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| ** Ein Frame ist 64 bis 1518 Bytes lang, in den letzten vier Bytes befindet sich zur Erkennung von fehlerhaften Frames eine CRC-Prüfsumme (zyklische Redundanzprüfung).
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| ** Datenfehler in Frames können erst erkannt werden, nachdem das gesamte Frame eingelesen wurde.
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| * Je nach den Anforderungen an die Verzögerungszeit und Fehlererkennung kann man daher Switches unterschiedlich betreiben:
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| ==== Cut-through ====
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| * Adresstabelle wird angesprochen, sobald die Zieladresse eingelesen ist
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| * Weiterleitung des Datenpakets, sobald der Weg geschaltet ist
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| * Geringe Latenzzeit
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| * Keine Fehler erkennen
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| ==== Store and Forward ====
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| * Datenpaket wird zunächst vollständig eingelesen und zwischengespeichert
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| * Kontrolle der CRC-Prüfsumme und Ausführen von Filterfunktionen
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| ==== Hybrides Switching ====
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| * Kombination von Cut Through / Store and Forward
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| * Auswahl abhängig von Fehlerrate
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| ==== Predictive Switching ====
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| * Pfad in Schaltmatrix wird hergestellt, bevor Zieladresse vollständig eingelesen
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| * Basierend auf den vorher geschalteten Pfaden
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| === Ausprägungen ===
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| ==== Port-Switching ====
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| * Nur ein Gerät pro Port (eine MAC-Adresse)
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| * Jedes Gerät erhält volle Bandbreite
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| * Schneller Table-Lookup möglich
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| ==== Segment-Switching ====
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| * Mehrere Adressen pro Port zulässig
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| * Bandbreite wird jedem Segment zur Verfügung gestellt
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| ==== Bank-Switching ====
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| * Mehrere Ports teilen sich die eine bestimmte Übertragungrate
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| === Weitere Switching-Verfahren ===
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| ==== Layer-3-Switching ====
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| * Integration von Routing und Switching
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| * Weiterleitung von Paketen anhand der Analyse der Felder des Schicht-3-Protokolls
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| ==== Layer-4-Switching ====
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| * Erweiterung des Layer-3-Switchings um Analyse der Felder der Schicht 4 (z.B. Portnummernvon TCP)
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| * Priorisierung bestimmter Anwendungen
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| ==== IP Switching ====
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| * IP-Switch = Kombination aus IP-Router (RIP, OSPF, BGP) und Layer-2-Switch
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| * Zunächst konventionelles IP-Routing
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| ** Längeranhaltende Verkehrsflüsse werden erkannt, klassifiziert und gekennzeichnet
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| ** Unter Umgehung der Router wird danach auf Schicht 2 durch das Netz „geswitcht“
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| == Typen ==
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| [[File:5 Port Gigabit Netzwerk-Switch TL-SG1005D 01.jpg|alt=A 5-port layer-2 switch without management functionality|thumb|Ein 5-Port-Layer-2-Switch ohne Verwaltungsfunktion]] | | ; Dass dem Switch vergleichbare Gerät auf Netzwerkschicht 1 (Layer 1) wird als (Repeater-)Hub bezeichnet |
| | * Switches, die zusätzlich Daten auf der Netzwerkschicht ([[Layer 3]] und höher) verarbeiten, werden oft als [[Layer-3-Switch]]es oder Multilayer-Switches bezeichnet und können die Funktion eines [[Router]]s erfüllen |
| | * Neben Ethernet-Switches gibt es [[Fibre Channel|Fibre-Channel]]-Switches, auch [[Serial Attached SCSI|SAS]]-[[Serial Attached SCSI#Expander|Expander]] werden immer häufiger als Switches bezeichnet |
| | * Fibre Channel (FC) definiert ein nicht routingfähiges Standardprotokoll aus dem Bereich der [[Storage Area Network|Speichernetzwerke]], das als Variante von [[Small Computer System Interface|SCSI]] für die Hochgeschwindigkeitsübertragung großer Datenmengen konzipiert wurde |
| | * SAS (Serial Attached SCSI) ist der direkte Nachfolger der älteren parallelen SCSI-Schnittstelle |
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| [[File:24-port 3Com switch.JPG|thumb|A 19-inch rack|rack-mounted 24-port switch]]
| | <noinclude> |
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| [[File:19-inch rackmount Ethernet switches and patch panels.jpg|thumb|Einige verwaltete D-Link Gigabit-Ethernet-Rackmount-Switches, die über Patchkabel der Kategorie 6 an einigen Patch-Panels mit den Ethernet-Ports verbunden sind]]
| | == Anhang == |
| | === Siehe auch === |
| | {{Special:PrefixIndex/Switch}} |
| | ---- |
| | * [[Switch/Sicherheit]] |
| | * [[:Kategorie:T2600G|T2600G]] |
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| === Nicht verwaltete Switches === | | ==== Sicherheit ==== |
| * haben keine Konfigurationsoberfläche oder Optionen.
| | # [[Switch/Sicherheit]] |
| * Sie sind Plug and Play.
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| * Sie sind in der Regel die kostengünstigsten Switches und werden daher häufig in kleinen Büro- / Home-Office-Umgebungen verwendet.
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| * Nicht verwaltete Switches können auf dem Desktop oder im Rack montiert werden.
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| === Verwaltete Switches === | | === Dokumentation === |
| * Zu den gängigen Verwaltungsmethoden gehören:
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| ** Eine (Command Line Interface, CLI), auf die über die serielle Konsole Telnet zugegriffen wird.
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| ** Secure Shell, ein eingebetteter.
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| ** SNMP-Agent (Simple Network Management Protocol), der die Verwaltung über eine Remote-Konsole ermöglicht.
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| ** Management Station.
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| ** Eine Weboberfläche für die Verwaltung über einen Webbrowser.
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| * Beispiele für Konfigurationsänderungen, die von einem verwalteten Switch aus vorgenommen werden können, sind:
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| ** Aktivieren von Funktionen wie Spanning Tree Protocol oder Portspiegelung
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| ** Festlegen der Portbandbreite
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| ** Erstellen oder Ändern von virtuellen LANs (VLANs) usw.
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| === Smart Switches === | | ===== RFC ===== |
| * Sind verwaltete Switches mit einem begrenzten Satz von Verwaltungsfunktionen.
| | # RFC 2613 - ''Remote Network Monitoring MIB Extensions for Switched Networks Version 1.0'' |
| * Ebenso sind "webverwaltete" Switches Switches, die in eine Marktnische zwischen nicht verwaltet und verwaltet fallen.
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| * Zu einem Preis, der viel niedriger ist als bei einem vollständig verwalteten Switch, bieten sie eine Webschnittstelle (und normalerweise keinen CLI-Zugriff) und ermöglichen die Konfiguration der Grundeinstellungen wie VLANs, Portbandbreite und Duplex.
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| === Fully Managed Switches === | | === Links === |
| * Verfügen Sie über alle Verwaltungsfunktionen, einschließlich CLI, SNMP-Agent und Weboberfläche.
| | ==== Weblinks ==== |
| * Sie verfügen möglicherweise über zusätzliche Funktionen zum Bearbeiten von Konfigurationen, z. B. die Möglichkeit, Konfigurationen anzuzeigen, zu ändern, zu sichern und wiederherzustellen.
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| * Im Vergleich zu Smart Switches verfügen Enterprise Switches über mehr Funktionen, die angepasst oder optimiert werden können und im Allgemeinen teurer sind als Smart Switches.
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| * Unternehmens-Switches befinden sich normalerweise in Netzwerken mit einer größeren Anzahl von Switches und Verbindungen, in denen die zentrale Verwaltung eine erhebliche Einsparung an Verwaltungszeit und -aufwand bedeutet.
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| * Ein stapelbarer Switch ist eine Art von einem von Unternehmen verwalteten Switch.
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| == Installation == | |
| == Anwendungen ==
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| === Fehlerbehebung ===
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| == Syntax ==
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| === Optionen ===
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| === Parameter ===
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| === Umgebungsvariablen ===
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| === Exit-Status ===
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| == Konfiguration ==
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| === Dateien ===
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| == Sicherheit ==
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| == Dokumentation ==
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| === RFC ===
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| # RFC 2613 – ''Remote Network Monitoring MIB Extensions for Switched Networks Version 1.0''
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| === Man-Pages ===
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| === Info-Pages ===
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| == Siehe auch ==
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| # [[Switch:Verkehrsüberwachung]]
| |
| # [[Switch:Sicherheit]]
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| # [[Netzwerkangriffe]]
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| # [[tp-link-T2600G]]
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| | |
| == Links ==
| |
| === Projekt-Homepage ===
| |
| === Weblinks ===
| |
| # https://en.wikipedia.org/wiki/Network_switch | | # https://en.wikipedia.org/wiki/Network_switch |
| # https://de.wikipedia.org/wiki/Switch_(Netzwerktechnik) | | # https://de.wikipedia.org/wiki/Switch_(Netzwerktechnik) |
| | <noinclude> |
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| |
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| ==Links== | | === Testfragen === |
| ===Intern===
| |
| === Einzelnachweise ===
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| <references />
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| == Testfragen == | |
| <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed"> | | <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed"> |
| ''Was ist der entscheidende Unterschied zwischen einem Hub und einem Switch?''
| | Was ist der entscheidende Unterschied zwischen einem Hub und einem Switch? |
| <div class="mw-collapsible-content">'''Ein Switch verhindert Datenkollisionen durch direkte Verbindungen zwischen den Stationen.'''</div> | | <div class="mw-collapsible-content">Ein Switch verhindert Datenkollisionen durch direkte Verbindungen zwischen den Stationen.</div> |
| </div> | | </div> |
| <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed"> | | <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed"> |
| ''Was ist ein Multilayer Switching?''
| | Was ist ein Multilayer Switching? |
| <div class="mw-collapsible-content">'''Multi-Layer-Switching bezieht sich auf jeden Switch, der Verkehr auf Schicht höher als 02 weiterleitet. Ein Layer-3-Switch wird als Multilayer-Switch betrachtet, da er Frames auf 02 und Pakete auf 03 weiterleitet'''</div> | | <div class="mw-collapsible-content">Multi-Layer-Switching bezieht sich auf jeden Switch, der Verkehr auf Schicht höher als 02 weiterleitet |
| | * Ein Layer-3-Switch wird als Multilayer-Switch betrachtet, da er Frames auf 02 und Pakete auf 03 weiterleitet</div> |
| </div> | | </div> |
| <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed"> | | <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed"> |
| ''Was ist ein VLAN?''
| | Was ist ein VLAN? |
| <div class="mw-collapsible-content">'''Ein Switch kann mithilfe virtueller LANs, die als VLANs bezeichnet werden, logisch in separate Broadcast-Domänen unterteilt werden. | | <div class="mw-collapsible-content">Ein Switch kann mithilfe virtueller LANs, die als VLANs bezeichnet werden, logisch in separate Broadcast-Domänen unterteilt werden |
| Jedes VLAN repräsentiert unsere einzigartige Broadcast-Domain.'''</div> | | Jedes VLAN repräsentiert unsere einzigartige Broadcast-Domain.</div> |
| </div> | | </div> |
| <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed"> | | <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed"> |
| ''Warum brauchen wir einen Switch?''
| | Warum brauchen wir einen Switch? |
| <div class="mw-collapsible-content">'''Um ein LAN zu erweitern, um mehrere Geräte in einem LAN zuzulassen'''</div> | | <div class="mw-collapsible-content">Um ein LAN zu erweitern, um mehrere Geräte in einem LAN zuzulassen</div> |
| </div> | | </div> |
| <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed"> | | <div class="toccolours mw-collapsible mw-collapsed"> |
| ''Was sind die Grundfunktionen eines Switch?''
| | Was sind die Grundfunktionen eines Switch? |
| <div class="mw-collapsible-content">'''Weiterleiten eines Frames basierend auf der Ziel-MAC-Adresse, Aufbau eines schleifenfreien Layer-2-Netzwerks zur Bereitstellung eines redundanten Pfads.'''</div> | | <div class="mw-collapsible-content">Weiterleiten eines Frames basierend auf der Ziel-MAC-Adresse, Aufbau eines schleifenfreien Layer-2-Netzwerks zur Bereitstellung eines redundanten Pfads.</div> |
| </div> | | </div> |
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| [[Kategorie:Entwurf]] | | [[Kategorie:Switch]] |
| [[Kategorie:OSI:02]]
| | </noinclude> |
| [[Kategorie:Netzwerke:Hardware]]
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| = Wikipedia =
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| == Architekturen ==
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| Den Kern eines Switches bildet das Switching [[Fabric (Computertechnik)|Fabric]], durch welches die Frames vom Eingangs- zum Ausgangsport transferiert werden.
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| * Das Switching Fabric ist vollständig in Hardware implementiert, um geringe Latenzzeiten und hohen Durchsatz zu gewährleisten.
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| * Zusätzlich zur reinen Verarbeitungsaufgabe sammelt es statistische Daten, wie die Anzahl der transferierten Frames, (Frame-)Durchsatz oder Fehler.
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| * Die Vermittlungstätigkeit lässt sich auf drei Arten durchführen:
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| * Shared Memory Switching: Dieses Konzept lehnt sich an die Vorstellung an, dass Rechner und Switch in ähnlicher Weise arbeiten.
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| * Sie erhalten Daten über Eingangsschnittstellen, bearbeiten diese und geben sie über Ausgangsports weiter.
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| * Analog dazu signalisiert ein empfangenes Frame dem Switchprozessor über einen Interrupt seine Ankunft.
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| * Der Prozessor extrahiert die Zieladresse, sucht den entsprechenden Ausgangsport und kopiert das Frame in den Puffer.
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| * Als Folge ergibt sich eine Geschwindigkeitsabschätzung aus der Überlegung, dass wenn N Frame/s in den und aus dem Speicher ein- und ausgelesen werden können, die Vermittlungsrate N/2 Frame/s nicht übersteigen kann.
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| * Bus Switching: Bei diesem Ansatz überträgt der Empfangsport ein Frame ohne Eingriff des Prozessors über einen gemeinsamen Bus an den Ausgangsport.
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| * Den Engpass bildet der Bus, über den jeweils nur ein Frame zurzeit transferiert werden kann.
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| * Ein Frame, das am Eingangsport eintrifft und den Bus besetzt vorfindet, wird daher in die Warteschlange des Eingangsports gestellt.
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| * Da jedes Frame den Bus separat durchqueren muss, ist die Switchinggeschwindigkeit auf den Busdurchsatz beschränkt.
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| * Matrix Switching: Das Matrixprinzip ist eine Möglichkeit die Durchsatzbegrenzung des gemeinsam genutzten Busses aufzuheben.
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| * Ein Switch dieses Typs besteht aus einem Schaltnetzwerk, das N Eingangs- mit N Ausgangsports über 2N Leitungen verbindet.
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| * Ein Frame, das an einem Eingangsport eintrifft, wird auf den horizontalen Bus übertragen, bis es sich mit dem vertikalen Bus schneidet, der zum gewünschten Ausgangsport führt.
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| * Ist diese Leitung durch die Übertragung eines anderen Frames blockiert, muss das Frame in die Warteschlange des Eingangsports gestellt werden.
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| == Vorteile ==
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| Switches haben folgende Vorteile:
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| * Wenn zwei Netzteilnehmer gleichzeitig senden, gibt es keine Datenkollision (vgl. [[Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection|CSMA/CD]]), da der Switch intern über die [[Backplane]] beide Sendungen gleichzeitig übermitteln kann.
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| * Sollten an einem Port die Daten schneller ankommen, als sie über das Netz weitergesendet werden können, werden die Daten gepuffert.
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| * Wenn möglich wird [[Flow Control]] benutzt, um den oder die Sender zu einem langsameren Verschicken der Daten aufzufordern.
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| * Hat man acht Rechner über einen 8-Port-Switch verbunden und jeweils zwei senden untereinander mit voller Geschwindigkeit Daten, sodass vier [[Full-duplex Ethernet|Full-Duplex]]-Verbindungen zustande kommen, so hat man rechnerisch die achtfache Geschwindigkeit eines entsprechenden Hubs, bei dem sich alle Geräte die maximale Bandbreite teilen.
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| * Nämlich 4 × 200 Mbit/s im Gegensatz zu 100 Mbit/s.
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| * Zwei Aspekte sprechen jedoch gegen diese Rechnung: Zum einen sind die internen Prozessoren besonders im Low-Cost-Segment nicht immer darauf ausgelegt, alle Ports mit voller Geschwindigkeit zu bedienen, zum anderen wird auch ein Hub mit mehreren Rechnern nie 100 Mbit/s erreichen, da desto mehr Kollisionen entstehen, je mehr das Netz ausgelastet ist, was die nutzbare Bandbreite wiederum drosselt.
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| * Je nach Hersteller und Modell liegen die tatsächlich erzielbaren Durchsatzraten mehr oder minder deutlich unter den theoretisch erzielbaren 100 %, bei preiswerten Geräten sind Datenraten zwischen 60 % und 90 % durchaus üblich.
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| * Der Switch zeichnet in einer Tabelle auf, welche Station über welchen Port erreicht werden kann.
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| * Hierzu werden im laufenden Betrieb die Absender-[[MAC-Adresse]]n der durchgeleiteten Frames gespeichert.
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| * So werden Daten nur an den Port weitergeleitet, an dem sich tatsächlich der Empfänger befindet, wodurch Spionage durch Nutzung des [[Promiscuous Mode]] der Netzwerkkarte verhindert wird, wie sie bei Netzwerken mit Hubs noch möglich war.
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| * Frames mit (noch) unbekannter Ziel-MAC-Adresse werden wie [[Broadcast]]s behandelt und an alle Ports mit Ausnahme des Quellports weitergeleitet.
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| * Der [[Voll-Duplex]]-Modus kann benutzt werden, so dass an einem Port gleichzeitig Daten gesendet und empfangen werden können, wodurch die Übertragungsrate verdoppelt wird.
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| * Da in diesem Fall Kollisionen nicht mehr möglich sind, wird die physisch mögliche Übertragungsrate besser ausgenutzt.
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| * An jedem Port kann unabhängig die Geschwindigkeit und der Duplex-Modus ausgehandelt werden.
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| * Zwei oder mehr physische Ports können zu einem logischen Port ([[Hewlett-Packard|HP]]: [[Bündelung (Datenübertragung)|Bündelung]], [[Cisco]]: [[Etherchannel]]) zusammengefasst werden, um die Bandbreite zu steigern; dies kann über statische oder dynamische Verfahren (z. B. [[Link Aggregation Control Protocol|LACP]] oder [[PAgP]]) erfolgen.
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| * Ein physischer Switch kann durch [[Virtual Local Area Network|VLANs]] in mehrere logische Switches unterteilt werden.
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| * VLANs können über mehrere Switches hinweg aufgespannt werden ([[IEEE 802.1Q]]).
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| == Nachteile ==
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| * Ein Nachteil von Switches ist, dass sich die Fehlersuche in einem solchen Netz unter Umständen schwieriger gestaltet.
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| * Frames sind nicht mehr auf allen Strängen im Netz sichtbar, sondern im Idealfall nur auf denjenigen, die tatsächlich zum Ziel führen.
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| * Um dem Administrator trotzdem die Beobachtung von Netzwerkverkehr zu ermöglichen, beherrschen manche Switches ''Port-Mirroring''.
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| * Der Administrator teilt dem (verwaltbaren) Switch mit, welche Ports er beobachten möchte.
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| * Der Switch schickt dann Kopien von Frames der beobachteten Ports an einen dafür ausgewählten Port, wo sie z. B. von einem [[Sniffer]] aufgezeichnet werden können.
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| * Um das Port-Mirroring zu standardisieren, wurde das [[SMON-Protokoll]] entwickelt, das in RFC 2613 beschrieben ist.
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| * Ein weiterer Nachteil liegt in der [[Verzögerung (Telekommunikation)|Latenzzeit]], die bei Switches höher ist (100BaseTX: 5–20 µs) als bei Hubs (100BaseTX: < 0,7 µs).
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| * Da es beim CSMA-Verfahren sowieso keine garantierten Zugriffszeiten gibt und es sich um Unterschiede im Millionstelsekundenbereich handelt, hat dies in der Praxis selten Bedeutung.
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| * Wo bei einem Hub ein einkommendes [[Signal]] einfach an alle Netzteilnehmer weitergeleitet wird, muss der Switch erst anhand seiner MAC-Adresstabelle den richtigen Ausgangsport finden; dies spart zwar Bandbreite, kostet aber Zeit.
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| * Dennoch ist in der Praxis der Switch im Vorteil, da die absoluten Latenzzeiten in einem ungeswitchten Netz aufgrund der unvermeidbaren Kollisionen eines bereits gering ausgelasteten Netzes die Latenzzeit eines vollduplexfähigen (fast kollisionslosen) Switches leicht übersteigen. (Die höchste Geschwindigkeit erzielt man weder mit Hubs noch mit Switches, sondern indem man gekreuzte Kabel einsetzt, um zwei Netzwerk-Endgeräte direkt miteinander zu verbinden.
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| * Dieses Verfahren beschränkt jedoch, bei Rechnern mit je einer Netzwerkkarte, die Anzahl der Netzwerkteilnehmer auf 2.)
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| * Switches sind [[Topologie (Rechnernetz)#Stern-Topologie|Sternverteiler]] mit einer sternförmigen [[Netzwerktopologie]] und bringen bei [[Ethernet]] (ohne Portbündelung, [[Spanning Tree Protocol|STP]] oder [[Netztopologie#Vermaschtes Netz|Meshing]]) keine [[Redundanz (Technik)|Redundanzen]] mit.
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| * Fällt ein Switch aus, ist die [[Kommunikation]] zwischen allen Teilnehmern im (Sub-)Netz unterbrochen.
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| * Der Switch ist dann der [[Single Point of Failure]].
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| * Abhilfe schafft die Portbündelung (FailOver), bei der jeder Rechner über mindestens zwei LAN-Karten verfügt und an zwei Switches angeschlossen ist.
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| * Zur Portbündelung mit FailOver benötigt man allerdings LAN-Karten und Switches mit entsprechender [[Software]] (Firmware).
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| == Sicherheit ==
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| siehe [[Switch:Sicherheit]]
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| == Kenngrößen ==
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| {| class="wikitable sortable"
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| ! Option !! Beschreibung
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| | Forwarding Rate (Durchleitrate) || gibt an, wie viele Frames pro Sekunde eingelesen, bearbeitet und weitergeleitet werden können
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| |-
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| | Filter Rate (Filterrate) || Anzahl der Frames, die pro Sekunde bearbeitet werden
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| |-
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| | Anzahl der verwaltbaren MAC-Adressen || Aufbau und max. Größe der Source-Address-Table
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| |-
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| | Backplanedurchsatz (Switching fabric) || Kapazität der Busse (auch Crossbar) innerhalb des Switches
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| |-
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| | VLAN-Fähigkeit oder Flusskontrolle. || Managementoptionen wie Fehlerüberwachung und -signalisierung
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| * [[VLAN#Portbasierte VLANs|Port-basierte VLANs]]
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| * [[VLAN#Tagged-VLANs|Tagged-VLANs]]
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| * VLAN Uplinks
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| * [[Link Aggregation]]
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| * Meshing
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| * [[Spanning Tree Protocol]] (Spannbaumbildung)
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| * Bandbreitenmanagement usw.
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| |}
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| == Geschichte ==
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| [[Datei:Kalpana-switch.jpg|mini|Kalpana EtherSwitch EPS-1500, einer der ersten Ethernet Switches.]]
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| Die Entwicklung von Ethernet-Switches begann Ende der 1980er Jahre.
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| * Durch bessere Hardware und verschiedene Anwendungen mit einem hohen Bedarf an Bandbreite kamen 10-MBit-Netzwerke sowohl im Rechenzentrumsbetrieb als auch bei Campus-Netzen nun rasch an ihre Grenzen.
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| * Um einen effizienteren Netzwerkverkehr zu erhalten, begann man, Netze über Router zu segmentieren und Subnetze zu bilden.
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| * Das reduzierte zwar Kollisionen und erhöhte die Effizienz, vergrößerte aber auch die Komplexität der Netze und steigerte die Installations- und Administrations-Kosten in erheblichem Maße.
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| * Auch die damaligen [[Bridge (Netzwerk)|Bridges]] waren keine echten Alternativen, da sie nur wenige Ports hatten (meist zwei) und langsam arbeiteten – der Datendurchsatz war vergleichsweise gering und die Latenzzeiten zu hoch.
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| * Hier liegt die Geburtsstunde der ersten Switches: Das erste kommerziell verfügbare Modell hatte sieben 10-MBit-Ethernet-Ports und wurde 1990 vom US-[[Start-up-Unternehmen|StartUp-Unternehmen]] ''Kalpana'' (später von [[Cisco]] übernommen) angeboten.
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| * Der Switch hatte einen höheren Datendurchsatz als Ciscos High-End-Router und war weitaus günstiger.
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| * Zusätzlich entfielen Restrukturierungen: Er konnte einfach und transparent im bestehenden Netz platziert werden.
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| * Hiermit begann der Siegeszug der „geswitchten“ Netze.
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| * Schon bald danach entwickelte Kalpana das Port-Trunking-Verfahren [[Etherchannel]], das es zur Steigerung des Datendurchsatzes erlaubt, mehrere Ports zu [[Bündelung (Datenübertragung)|bündeln]] und gemeinsam als Uplink bzw. [[Backbone (Telekommunikation)|Backbone]] zu nutzen.
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| * Mitte der 1990er erreichten Fast-Ethernet-Switches (non Blocking, Full Duplex) Marktreife.
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| * Für Gigabit-Ethernet wurden Repeater-Hubs zwar noch im Standard definiert, es existieren aber effektiv keine.
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| * In 10-Gigabit-Netzwerken sind gar keine Hubs mehr definiert – alles wird „geswitcht“.
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| * Heute werden Segmente mit mehreren tausend Rechnern – ohne zusätzliche Router – einfach und performant mit Switches verbunden.
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| * Switches finden Verwendung in geschäftlichen oder privaten Netzwerken ebenso wie bei temporären Netzwerken wie [[LAN-Party]]s.
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