Switch


Ein Switch (engl. Weiche) ist ein elektronisches Gerät zur Verbindung mehrerer Computer bzw. Netz-Segmente in einem lokalen Netz (LAN) ähnlich einem Hub. Man spricht bei einem Switch auch von einem intelligenten Hub. Der Switch arbeitet in seiner ursprünglichen Form auf der Schicht 2 (Sicherungsschicht) des OSI-Modells. Der Switch verarbeitet 48 Bit MAC-Adressen und legt dazu eine SAT (Source Address Table) an.

Ein Switch wird wegen der ähnlichen Eigenschaften zur Bridge oft auch als Multi-Port-Bridge bezeichnet. Der Begriff Switch für einen Ethernet-Switch ist dabei die Kurzform von Switching Hub und bezeichnet die Fähigkeit, ein Switched Ethernet zu betreiben.

Die einzelnen Ports eines Switches können unabhängig voneinander Daten empfangen und senden. Diese sind über einen internen Hochgeschwindigkeitsbus (Backplane) miteinander verbunden. Datenpuffer sorgen dafür, dass nach Möglichkeit keine Datenpakete verloren gehen.

Die Weiterleitung von Paketen/Frames in einem Switch kann nach folgenden Betriebsmodi stattfinden, die sich hinsichtlich ihrer Verzögerungszeit und Fehlerkorrektur unterscheiden:

Cut-Through – Eine sehr schnelle Methode, wird hauptsächlich von besseren Switches implementiert. Hierbei schaut der Switch beim eingetroffenen Frame nur auf die Destination-MAC-Adresse, trifft eine Forwarding-Entscheidung und schickt den Frame entsprechend weiter. Das Paket wird nicht auf Fehlerfreiheit geprüft, um Zeit zu sparen. Der Switch leitet deshalb auch beschädigte Pakete weiter, diese müssen dann durch andere Schicht-2-Geräte oder höhere Netzwerkschichten aufgefangen werden. Die Latenzzeit in Bit beträgt hier 112. Sie setzt sich aus der Präambel (8 Byte) und der „Destination-MAC-Adresse” (6 Byte) zusammen. Store-and-Forward – Die grundlegendste, aber auch langsamste Switching-Methode. Sie wird von jedem Switch beherrscht. Der Switch trifft hier wie gehabt seine Forwarding-Entscheidung anhand der Ziel-MAC-Adresse und berechnet dann eine Prüfsumme über den Frame, die er mit dem am Ende des Pakets gespeicherten CRC-Wert vergleicht. Sollten sich Differenzen ergeben, wird das Paket verworfen. Auf diese Weise verbreiten sich keine fehlerhaften Pakete im LAN. Store-and-Forward ist die einzig mögliche Methode zu switchen, wenn Sender und Empfänger mit verschiedenen Übertragungsgeschwindigkeiten oder Duplex-Modi arbeiten oder sie verschiedene Übertragungsmedien nutzen. Fragment-Free – Schneller als Store-and-Forward, aber langsamer als Cut-Through. Anzutreffen vor allem bei besseren Switches. Prüft, ob ein Paket die im Ethernet-Standard geforderte minimale Länge von 64 Bytes erreicht und schickt es dann sofort auf den Zielport, ohne eine CRC-Prüfung durchzuführen. Fragmente unter 64 Byte sind meist "Trümmer" einer Kollision, die kein sinnvolles Paket mehr ergeben. Error-Free-Cut-Through / Adaptive Switching – Eine Mischung aus mehreren der obigen Methoden. Wird ebenfalls meist nur von teueren Switches implementiert. Der Switch arbeitet zunächst im „Cut through“-Modus und schickt das Paket auf dem korrekten Port weiter ins LAN. Es wird jedoch eine Kopie des Frames im Speicher behalten, über das dann eine Prüfsumme berechnet wird. Sollte sie nicht mit der im Paket übereinstimmen, so kann der Switch dem defekten Paket zwar nicht mehr hinterhersignalisieren, dass es falsch ist, aber er kann einen internen Counter mit der Fehlerrate pro Zeiteinheit hochzählen. Wenn zu viele Fehler in kurzer Zeit auftreten, fällt der Switch in den Store and Forward-Modus zurück. Wenn die Fehlerrate wieder niedrig genug ist, schaltet er in den Cut through-Modus um. Ebenso kann der Switch temporär in den Fragment-Free-Modus schalten, wenn zuviele Fragmente mit weniger als 64 Byte Länge ankommen. Besitzen Sender und Empfänger unterschiedliche Übertragungsgeschwindigkeiten oder Duplex-Modi bzw. nutzen andere Übertragungsmedien (Glasfaser auf Kupfer), so muss ebenfalls mit Store-and-Forward Technik geswitcht werden.

Um mehrere Switches in einem Netzwerk zu verwenden, werden die beiden Switches über einen Uplinkport mit einander verbunden
 
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