Wenn Sie mit der Konfiguration eines Heimnetzwerks vertraut sind, kennen Sie die Grundlagen eines Routers. Der Router definiert das Netzwerk und fungiert als Gateway zu anderen Netzwerken. In einem Heimnetzwerk sind diese anderen Netzwerke im Allgemeinen das Internet. Das muss aber nicht sein. In Netzwerken der Unternehmensklasse finden Sie oft eine Reihe von Netzwerken, die durch verschiedene Router und verschiedene Ports auf diesen Routern miteinander verbunden sind.
Sie werden oft feststellen, dass Router nicht so viele Ethernet-Ports haben. Viele Heimrouter bieten höchstens zwei, drei oder vier Ports, während einige nur einen bieten. Router der Enterprise-Klasse bieten immer mehr als vier Ports, bieten aber im Allgemeinen nicht Dutzende von Ports. Dies bedeutet, dass Sie möglicherweise nicht über genügend Ports an Ihrem Router verfügen, um alle Geräte anzuschließen, die verbunden werden müssen.
Um dies zu umgehen, können zwei Netzwerkgeräte helfen. Der erste ist ein Netzwerk-Hub. Dies bietet eine größere Anzahl von Ports, leitet jedoch eingehenden Datenverkehr an alle anderen ausgehenden Ports weiter. Alle Geräte teilen sich die Bandbreite, was insbesondere in großen Netzwerken zu Problemen führen kann. Die andere Option ist der Netzwerk-Switch. Der Switch bietet auch viele Ports.
Aber im Gegensatz zum Hub leitet er den Netzwerkverkehr nur an das Gerät weiter, an das er gehen soll. Das bedeutet, dass die Bandbreite zu jedem Host unabhängig von jedem anderen Host ist. Netzwerk-Switches sind aufgrund ihrer besseren Bandbreitenkapazitäten deutlich beliebter als Hubs.
Die Grundlagen eines Schalters
Ein Netzwerk-Switch bietet normalerweise eine große Anzahl von Ethernet-Ports. Small Business/Home Office Switches bieten vier, acht oder zwölf Ports und überschreiten diese normalerweise nicht. Sie sind kleine Geräte, die so konzipiert sind, dass sie auf oder unter einem Schreibtisch stehen können, ähnlich wie ein Router. Router der Enterprise-Klasse werden wie Enterprise-Router in einem Rack montiert. Diese erreichen im Allgemeinen maximal 48 Standardports pro 1U-Switch. Diese verfügen jedoch in der Regel auch über eine kleine Anzahl anderer Ports, einschließlich Ethernet-Ports. Sie sind in der Regel für Verbindungen mit höherer Bandbreite zu Routern ausgelegt.
Switches bieten im Allgemeinen Ethernet-Ports, obwohl einige Geräte der Enterprise-Klasse möglicherweise andere Konnektivitätsoptionen bieten. Die meisten Switches bieten nur eine Verbindungsoption. Einige sind jedoch modular und können mehr als eines anbieten, typischerweise Ethernet und Glasfaser. Obwohl andere Verbindungsoptionen verfügbar sind.
Die Kernfunktion
Das Kernmerkmal eines Switches ist, dass er auf Schicht 2 des OSI-Modells, der Datenverbindungsschicht, arbeitet. Das bedeutet, dass es Daten über MAC-Adressen und nicht über IP-Adressen leitet. Switches hören den ARP-Verkehr im Netzwerk ab und bauen eine interne Tabelle auf, welche MAC-Adressen an welchem physikalischen Port verfügbar sind. Das bedeutet, dass der Switch, wenn der Datenverkehr für eine bestimmte MAC-Adresse bestimmt ist, genau weiß, über welchen physischen Port der Datenverkehr zum richtigen Host geleitet werden muss.
Einige Switches, insbesondere solche mit mehreren Konnektivitätsmedien, arbeiten sowohl auf Ebene 2 als auch auf Ebene 3 des OSI-Modells. Switches, die nicht rein Layer-2-basiert sind, nennt man Multilayer-Switches.
Basis-Switches haben keine konfigurierbaren Optionen und werden als nicht verwaltet bezeichnet. Viele Home-Office-Switches bieten eine Web-Management-Oberfläche mit Basisfunktionalität. Switches der Enterprise-Klasse werden verwaltet und bieten hauptsächlich eine CLI-basierte Konfiguration. Oft über einen Konsolenport, obwohl eine Netzwerkkonfiguration möglich sein kann.
Broadcast-Stürme
Im Allgemeinen ist bei Computernetzwerken ein Netzwerk aus Konnektivität zwischen Geräten wünschenswert. Eine Mesh-Topologie bietet Redundanz im Falle eines Verbindungs- oder Geräteausfalls. Bei Schaltern gibt es jedoch ein Problem. Da sich Switches innerhalb einer Broadcast-Domäne befinden, übertragen sie alle Broadcast-Pakete, die sie auf allen anderen Ports empfangen. Wenn ein Mesh vorhanden ist, gibt es eine Schleife im System, die dazu führt, dass Broadcast-Pakete in eine Endlosschleife gelangen.
Diese Broadcast-Schleife verbraucht den Pufferraum in relativ kurzer Zeit. Überwältigen der Fähigkeit des Switches, Daten zu übertragen, und Verursachen eines Broadcast-Sturms. Diese neigen dazu, das Netzwerk unbrauchbar zu machen. Das hohe Volumen des Netzwerkverkehrs kann auch zu einem erheblichen Anstieg der CPU-Auslastung von mit dem Netzwerk verbundenen Geräten führen, wodurch sie möglicherweise unbrauchbar werden. Wenn ein Netzwerk in einen Broadcast-Sturm geraten kann, besteht die einzige Möglichkeit zur Lösung darin, die Schleife zu unterbrechen, im Allgemeinen durch Abziehen eines störenden Ethernet-Kabels.
Die Software existiert, um das Risiko eines Broadcast-Sturms zu neutralisieren. Rapid Spanning Tree Protocol, RSTP, der abwärtskompatible Nachfolger des Spanning Tree Protocol. Es ermöglicht einem Netzwerk, bevorzugte Routen zu bestimmen und nicht bevorzugte Routen vorübergehend zu deaktivieren. Wenn eine Änderung am Netzwerk vorgenommen wird, z. B. ein Gerät. Wenn eine Verbindung fehlschlägt, wird die Berechnung automatisch erneut durchgeführt, wodurch die zuvor deaktivierte Sicherungsverbindung wieder aktiviert werden kann. Früher brauchte STP etwa eine Minute, um eine bevorzugte Konfiguration zu erreichen. RSTP kann den gesamten Vorgang in 6 Sekunden abschließen.
Einige verwaltete Switches enthalten Optionen zum Verwerfen von Broadcast-Verkehr, wenn er mehr als eine angegebene Bandbreite verbraucht. Diese Technik ermöglicht Schleifen, neutralisiert aber das Risiko von Broadcast-Stürmen.
Fazit
Ein Netzwerk-Switch ist ein Computernetzwerkgerät, das mehrere Konnektivitätsports bietet, typischerweise Ethernet-Ports. Jeder Port kann unabhängig vom Durchsatz aller anderen Ports seine gesamte Bandbreite nutzen.
Home-Office-Geräte, die auf einem Schreibtisch stehen können und in der Regel bis zu 12 Ports bieten, während sie mit allgemein grundlegenden Konfigurationsoptionen aufwarten, falls vorhanden. Switches der Enterprise-Klasse werden in einem Rack montiert, bieten bis zu 48 Ports in einem 1-HE-Switch und verfügen über umfassende Verwaltungsoptionen. Switches arbeiten auf Schicht 2 des OSI-Modells und leiten den Datenverkehr nach MAC-Adresse weiter.