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Switch (hardware)
Netzwerk-Switches im Rack
Links ein Hub, rechts ein Schalter. An einen Switch gesendete Daten werden nur an das Gerät weitergeleitet, für das sie bestimmt sind.

EIN Schalter ist ein Gerät in der Infrastruktur von paketvermitteltComputernetzwerke die darauf abzielt, Geräte durch Empfangen, Verarbeiten und Weiterleiten empfangener Frames miteinander zu verbinden. Ein Schalter kann Ethernet, Token-Ring, Fibre-Channel oder andere Arten von paketvermittelten Netzsegmenten zu einem homogenen Netz am OSIA-Datenübertragungsebene. Durch den Betrieb auf Schicht 2 kann jeder Switch im Vergleich zu a . zusätzliche Intelligenz anwenden Nabe um ein leistungsfähigeres Netzwerk zu erreichen. Es gibt einfache Unmanaged Switches, aber auch erweiterte Managed Switches, auf denen Sie Einstellungen für Überbrückung des kürzesten Weges, VLAN's und QoS, oder sogar Fähigkeiten, die sich durch Paketinspektion auf höhere Ebenen erstrecken.

Operation

Im Vergleich zu einem Hub, der auf Schicht 1 des OSI-Modell, ein Schalter ist ein intelligentes Gerät. Auf Schicht 2 kann ein Switch logische Informationen von angeschlossenen Geräten verwenden. In Ethernet-Netzwerken ist dies hauptsächlich die MAC-Adresse. Insbesondere sendet ein Ethernet-Switch einen empfangenen Frame, der an eine bestimmte MAC-Adresse adressiert ist, nur an den spezifischen Hardware-Port des Switches, mit dem das Gerät mit dieser MAC-Adresse verbunden ist. Ein Hub hingegen leitet jedes Paket an alle Ports weiter. Indem der adressierte Verkehr nur an den Port gesendet wird, mit dem das endgültige Ziel des Pakets verbunden ist, reduziert die Verwendung von Switches den Gesamtverkehr im Netzwerk und verringert das Kollisionsrisiko. Dies kann die Netzwerkleistung erheblich verbessern.

In der Vergangenheit wurde hinzugefügt, dass ein Switch unterschiedliche Geschwindigkeiten an den Ports verarbeiten kann und Hubs nicht. Dies ist jedoch heutzutage kaum noch relevant, da moderne Naben auch unterschiedliche Geschwindigkeiten bewältigen können.

selbstlernend

Schalter sind selbstlernend: Sie führen Aufzeichnungen über die Verknüpfung von Ports und Adressen. Bei Ethernet sind dies MAC-Adressen, in der MAC-Adresstabelle eine assoziative Tabelle, in der für jede bekannte MAC-Adresse ein Port eingetragen ist. Ein Netzwerkrahmen, der an ein neues und unbekanntes adressiert ist Adresse gelangt über einen eingehenden Port in den Switch und wird zunächst über alle anderen aktiven Ports an das Netzwerk gesendet. Schließlich ist nicht bekannt, wo sich das Ziel befindet. Dies bleibt für diese MAC-Adresse der Fall, solange kein Frame mit dieser MAC-Adresse als Absenderadresse empfangen wird.

Trifft jedoch ein Frame auf einem bestimmten Port mit einer bestimmten Absenderadresse ein, speichert der Switch die Kombination aus Port und MAC-Adresse in seiner MAC-Adresstabelle: Das hat der Switch „gelernt“. Wenn über die anderen Ports zukünftig Frames mit dieser Adresse als Zieladresse empfangen werden, erkennt der Switch diese Adresse in der MAC-Adresstabelle und leitet diese Frames nur über den registrierten Port weiter. Die Tabelle ist dynamisch: Beispielsweise führt der Empfang eines Frames mit einer bestimmten MAC-Adresse auf einem anderen als dem registrierten Port, höchstwahrscheinlich durch den Anschluss eines Geräts an einen anderen Port, zu einer Anpassung. Auch die anderen Ports probiert der Switch regelmäßig aus, schließlich ist es möglich, dass jemand ein Gerät auf einen anderen Port verlegt hat, der nicht mehr erreichbar ist.

Neben Frames, die an eine einzige MAC-Adresse für die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation adressiert sind, gibt es auch Übertragung-Rahmen für, wie z.B. Rahmen sterben DHCPAnfragen enthalten. Diese Broadcast-Frames werden beim Eintreffen durch alle anderen aktiven Ports weitergeleitet. Fortgeschrittenere Switches haben auch Vorkehrungen für Multicast.

Eliminierung von Kollisionen

An einer Nabe, die rein auf der physikalischen Schicht arbeitet, bildet die Summe der verbundenen Netzsegmente eins Kollisionsdomäne. Das bedeutet, dass jedes angeschlossene Gerät mit dem anderen in Konflikt geraten kann: Wenn zwei Geräte gleichzeitig oder ungefähr gleichzeitig mit der Übertragung beginnen, kommt es zu einer Kollision. Die Frames gehen verloren und beide Flugzeuge müssen es erneut versuchen. Außerdem kann ein Port eines Hubs nur only HalbduplexArbeitsmodus. Das Auftreten von Kollisionen kann zu einem schlecht funktionierenden Netzwerk führen. Der Einsatz von Schaltern kann hingegen Kollisionen vollständig eliminieren. Nur wenn ein Port eines Switches im Halbduplex-Modus arbeitet, bildet dieser Port eine eigene Kollisionsdomäne. Es gibt jedoch keine Kollisionsmöglichkeiten mit den Teilen des Netzwerks, die über die anderen Ports verbunden sind. Allerdings gibt es in der Regel keinen Grund, Halbduplex zu verwenden, man wird normalerweise jeden Port jedes Switches im Vollduplex-Modus betreiben und somit Kollisionen im Netzwerk durch den Einsatz von Switches komplett ausschließen.

In komplexen Netzwerken, wo redundante Verbindungen vorhanden sind oder man mit Störungen umgehen möchte, kann es sein Überbrückung des kürzesten Weges, Spanning-Tree-Protokoll verwendet werden, um Schleifen im Netzwerk zu vermeiden.

Umschaltarten

Es gibt nicht verwaltete (unmanaged) Switches und verwaltete (managed) Switches. An einem unmanaged Switch gibt es nichts einzustellen: Die Inbetriebnahme ist daher sehr einfach und in der Regel problemlos.

Ein verwalteter Switch ist fortschrittlicher und umfasst Funktionen für die Konfiguration und Überprüfung. Einige Möglichkeiten:

  • QoS, Servicequalität. Bestimmter Verkehr kann gegenüber anderem Verkehr priorisiert werden, um beispielsweise zeitkritischen Telefonverkehr gegenüber normalem Datenverkehr zu priorisieren. Die Priorisierung kann anhand der Portnummer erfolgen, basierend auf einem Tagging eingehender Frames nach according IEEE 802.1P, oder nach anderen Kriterien.
  • VLANs, virtuelle LANs. Man kann einen Switch zu einem Teil verschiedener virtueller LANs machen und so gewissermaßen verschiedene virtuelle Switches realisieren. Befindet sich der Switch am Rand des Netzwerks, gibt es in der Regel Edge-Ports, die sicherstellen, dass ein angeschlossenes Gerät Teil eines bestimmten VLANs ist. Außerdem verfügt der Switch normalerweise über einen oder mehrere Ports, über die er mit anderen Switches verbunden ist. Mit einem VLAN nach offener Standard für VLANs IEEE 802.1Q Datenverkehr für bis zu 4094 VLANs kann über eine kombinierte Hardwareverbindung gesendet werden. Dazu werden die Ethernet-Frames auf den Verbindungen zwischen den Switches mit einer VLAN-Nummer als Unterscheidungsmerkmal gekennzeichnet. Bei einem Switch mit VLAN-Möglichkeiten kann konfiguriert werden, ob und wenn ja welche VLAN-Funktionalität aktiv ist, zB basierend auf Ports oder nach 802.1Q. Je nach Auswahl gibt es zusätzliche Konfigurationen, z. B. welche Ports zu welchen VLANs gehören, zu welchem ​​VLAN ein eingehender ungetaggter Frame gehört. Bei den fortschrittlichsten Switches gibt es zusätzliche Optionen, wie z. B. das Format basierend auf der MAC-Adresse oder dem Protokoll auf Layer 3.
  • Ablaufsteuerung. Dadurch kann beispielsweise die Bandbreite für bestimmte Ports begrenzt werden.
  • Überwachung. Ermöglicht Ihnen, Verkehrsstatistiken anzuzeigen. Es gibt auch oft Möglichkeiten, den Datenverkehr zur Analyse an einen dedizierten Port zu replizieren.

Viele ältere Switches sind besonders anfällig für Hackerangriffe in Form von MAC-Überflutung.

Mehrschichtschalter Switch

Ein normaler Second-Tier-Switch überträgt Daten basierend auf dem MAC-Adresse. Ein Multi-Layer-Switch kann jedoch Daten basierend auf Informationen von höheren Layern weiterleiten.

Verbindung

Wie ein Hub ist ein Switch sehr einfach anzuschließen. Normalerweise muss vor dem Verbinden nichts eingerichtet werden. Ein Problem besteht manchmal darin, dass das richtige Kabel verwendet werden muss. Um einen Hub oder Switch an einen Computer oder ein anderes Gerät anzuschließen, muss ein achtadriges RJ-45- Standardkabel erforderlich. Dies kann nicht immer verwendet werden, um zwei Hubs oder Switches zu verbinden.

Um zwei Hubs oder Switches über ein Ethernet-Kabel zu verbinden, stehen folgende Möglichkeiten zur Verfügung:

  1. Bei gekreuzten Anschlüssen kann ein RJ-45-Crossover-Kabel verwendet werden. Daher ist ein anderer Kabeltyp erforderlich. Diese Kabel sind jedoch weit verbreitet.
  2. Man kann einen Hub oder Switch mit einer 'Uplink'-Verbindung verwenden oder eine Verbindung, die auf 'Uplink' umgeschaltet werden kann. Zwischen einer normalen Verbindung eines Switches/Hubs und der Uplink-Verbindung des anderen Switches/Hubs wird dann ein Standardkabel verwendet.
  3. Es kann ein moderner Hub oder Switch verwendet werden, der selbst erkennt, ob der verwendete Port je nach verwendetem Kabel im Normal- oder Uplink-Modus arbeiten soll. In diesem Fall funktioniert es ohne Konfiguration also sowohl mit einem Standardkabel als auch mit einem Crossover-Kabel.

In einigen Fällen kann die Verbindung zwischen Switches/Hubs nicht direkt mit einem Ethernet-Kabel hergestellt werden, sondern Sie können beispielsweise über Stromleitungskommunikation. Jeder Switch oder Hub wird dann in der Regel über ein Standard-Ethernet-Kabel mit einem Adapter verbunden.

Siehe auch