Switch

Switch - Kabelkonzentrator auf OSI-Layer 2

Beschreibung

Mehrere Datenkabel werden an einen Switch angeschlossen

Switch mit 50 Ethernet-Ports

Um die Kommunikation zwischen verschiedenen Netzwerkgeräten zu ermöglichen
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
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

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 Rechnernetzen, das Netzwerksegmente miteinander verbindet

Es sorgt innerhalb eines Segments (Broadcast-Domain) dafür, dass die Datenpakete, sogenannte „Frames“, an ihr Ziel kommen
Im Unterschied zu einem auf den ersten Blick ähnlichen 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 Hardware-Adressen der angeschlossenen Geräte

Der Begriff Switch bezieht sich allgemein auf eine Multiport-Bridge – ein aktives Netzwerkgerät, das Frames anhand von Informationen aus dem Data Link Layer (Layer 2) des OSI-Modells weiterleitet

Manchmal werden auch die präziseren Bezeichnungen Bridging Hub oder Switching Hub verwendet, im IEEE 802.3-Standard heißt die Funktion MAC Bridge. (Packet „Switching“ ist aus der leitungsvermittelnden Technik entlehnt, tatsächlich wird nichts „geschaltet“.
Der erste EtherSwitch wurde im Jahr 1990 von Kalpana eingeführt

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-Switches oder Multilayer-Switches bezeichnet und können die Funktion eines Routers erfüllen
Neben Ethernet-Switches gibt es Fibre-Channel-Switches, auch SAS-Expander werden immer häufiger als Switches bezeichnet
Fibre Channel (FC) definiert ein nicht routingfähiges Standardprotokoll aus dem Bereich der Speichernetzwerke, das als Variante von SCSI für die Hochgeschwindigkeitsübertragung großer Datenmengen konzipiert wurde
SAS (Serial Attached SCSI) ist der direkte Nachfolger der älteren parallelen SCSI-Schnittstelle

Switching

Switch/Switching

Entwicklung

Switch/Entwicklung

Funktionen

Switch/Funktionen

Typen

Switch/Typen

Funktionsweise

Switch/Funktionsweise

Mehrere Switches in einem Netzwerk

Bei frühen Switches musste die Verbindung mehrerer Geräte meistens entweder über einen speziellen Uplinkport oder über ein gekreuztes Kabel (crossover cable) erfolgen, neuere Switches wie auch alle Gigabit-Ethernet Switches beherrschen Auto-MDI(X), sodass diese auch ohne spezielle Kabel miteinander gekoppelt werden können

Oft, aber nicht notwendigerweise sind Uplink-Ports in einer schnelleren oder höherwertigen (Ethernet-)Übertragungstechnik realisiert als die anderen Ports (z. B. Gigabit-Ethernet statt Fast Ethernet oder Glasfaserkabel anstatt Twistedpair-Kupferkabel)

Im Unterschied zu Hubs können nahezu beliebig viele Switches miteinander verbunden werden

Die Obergrenze hat hier nichts mit einer maximalen Kabellänge zu tun, sondern hängt von der Größe der Adresstabelle (SAT) ab
Bei aktuellen Geräten der Einstiegsklasse sind oft 500 Einträge (oder mehr) möglich, das begrenzt die maximale Anzahl von Knoten (~Rechnern) auf ebendiese 500
Kommen mehrere Switches zum Einsatz, so begrenzt das Gerät mit der kleinsten SAT die maximale Knotenanzahl
Hochwertige Geräte können mit vielen tausend Adressen umgehen
Läuft im Betrieb eine zu kleine Adresstabelle über, so müssen wie beim MAC-Flooding alle nicht zuzuordnenden Frames an alle anderen Ports weitergeleitet werden, folglich kann die Übertragungsleistung drastisch einbrechen

Zur Steigerung der Ausfallsicherheit können bei vielen Geräten Verbindungen redundant aufgebaut werden

Dabei werden der mehrfache Transport von Broadcasts und Switching-Schleifen durch den per Spanning Tree Protocol (STP) aufgebauten Spannbaum verhindert
Eine andere Möglichkeit, ein Netz mit Schleifen redundant zu machen und gleichzeitig die Leistung zu steigern, ist das Meshing (IEEE 802.1aq – engl.: Shortest Path Bridging)
Hier dürfen beliebige Schleifen zwischen meshing-fähigen Geräten gebildet werden; zur Leistungssteigerung können dann für Unicast-Datenverkehr (ähnlich wie beim Trunking) alle Schleifen (auch Teilschleifen) weiter genutzt werden (es wird kein einfacher Spannbaum gebildet). Multicast und Broadcast müssen vom Meshing-Switch gesondert behandelt werden und dürfen nur auf einer der zur Verfügung stehenden vermaschten Verbindungen weitergeschickt werden

Wenn in einem Netzwerk Switches ohne weitere Vorkehrungen mit sich selbst verbunden oder mehrere Switches zyklisch in einer Schleife miteinander verbunden werden, entsteht eine Schleife, eine sogenannte Switching-Loop

Durch endloses Doppeln und Kreisen von Datenpaketen führt solch eine fehlerhafte Vernetzung in der Regel zu einem Totalausfall des Netzwerks

Eine bessere Nutzung von mehrfach ausgeführten Verbindungen (Links) ist die Port-Bündelung (englisch: Vorlage:Lang, Vorlage:Lang, Vorlage:Lang – je nach Hersteller), wodurch bis zu acht [2009] gleichartige Verbindungen parallel geschaltet werden können, um die Geschwindigkeit zu steigern

Dieses Verfahren beherrschen professionelle Switches, die auf diese Weise untereinander, von Switch zu Switch oder aber von Switch zu Server verbunden werden können
Ein Standard ist mit LACP definiert (zuerst IEEE 802.3ad, später IEEE 802.1AX), das Zusammenschalten von Switches verschiedener Hersteller kann allerdings manchmal problematisch sein
Außer einigen herstellerspezifischen Protokollen existieren auch nicht ausgehandelte, sogenannte statische Bündel
So eine Portbündelung ist ebenfalls auf mehrere Links zwischen zwei Geräten beschränkt; drei oder mehr Switches zum Beispiel in einem aktiven Ring zu verbinden, ist damit nicht möglich
Ohne STP bildet sich entweder eine Switching-Schleife oder Frames erreichen nicht zuverlässig ihr Ziel, mit STP wird einer der Links blockiert und erst mit SPB können alle Links tatsächlich verwendet werden

Stacking

Stacking ist im Switching-Umfeld eine Technik, um mehrere unabhängige stacking-fähige Switches zu einem gemeinsamen logischen Switch mit höherer Portanzahl zusammen zu stellen und mit einem gemeinsamen Management zu konfigurieren

Stacking-fähige Switches bieten besondere Ports, die sogenannten Stacking-Ports, welche üblicherweise mit besonders hoher Übertragungsrate und geringer Latenzzeit arbeiten
Beim Stacking werden die Switches, die in der Regel vom selben Hersteller und aus derselben Modellreihe stammen müssen, mit einem speziellen Stack-Kabel miteinander verbunden
Eine Stacking-Verbindung ist normalerweise die schnellste Verbindung zwischen mehreren Switches und überträgt neben Daten auch Managementinformationen
Solche Schnittstellen können durchaus teurer sein als Standard-HighSpeed-Ports, die natürlich ebenfalls als Uplinks genutzt werden können; Uplinks sind immer möglich, aber: nicht alle Switches unterstützen das Stacking

Anhang

Siehe auch

Sicherheit

Switch/Sicherheit

Dokumentation

RFC

RFC 2613 – Remote Network Monitoring MIB Extensions for Switched Networks Version 1.0

Links

Weblinks

Testfragen

Was ist der entscheidende Unterschied zwischen einem Hub und einem Switch?

Ein Switch verhindert Datenkollisionen durch direkte Verbindungen zwischen den Stationen.

Was ist ein Multilayer Switching?

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

Was ist ein VLAN?

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.

Warum brauchen wir einen Switch?

Um ein LAN zu erweitern, um mehrere Geräte in einem LAN zuzulassen

Was sind die Grundfunktionen eines Switch?

Weiterleiten eines Frames basierend auf der Ziel-MAC-Adresse, Aufbau eines schleifenfreien Layer-2-Netzwerks zur Bereitstellung eines redundanten Pfads.