Ein „Switch“ ist mittlerweile ein gängiger Begriff. Aber was ist ein Switch? Kurz gesagt ein Gerät um Netzwerkkomponenten zu verbinden. Es ist das entscheidende Gerät, das dazu beiträgt, verschiedene Computer, Server und andere Netzwerkgeräte miteinander zu verbinden, um Daten effizient zu teilen und zu verarbeiten. Doch was macht einen Switch eigentlich aus und warum ist er so wichtig für moderne Netzwerke? In diesem Blogbeitrag tauchen wir tief in das Thema ein und erforschen die Funktionen, Arten und Anwendungsbereiche von Switches und erklären die verschiedenen Layer-Modelle und OSI-Schichten.

Grundlegendes zu Switches

Ein Switch, oft auch als Netzwerk-Switch bezeichnet, ist ein hochentwickeltes Gerät, das in Computernetzwerken eingesetzt wird, um Datenpakete zwischen den angeschlossenen Geräten zu übertragen. Er arbeitet auf der Datenebene (Schicht 2) des OSI-Modells, einer standardisierten Rahmenstruktur zur Definition der Funktionen eines Telekommunikations- oder Computernetzwerksystems. Einige fortgeschrittene Modelle können auch Funktionen der Netzwerkebene (Schicht 3) übernehmen und damit Routing-Aufgaben erfüllen.

Im Vergleich zu einem Hub, der Daten an alle angeschlossenen Geräte sendet, ist ein Switch intelligenter. Dazu empfehlen wir auch unseren Beitrag „Hub oder Switch? Ein umfassender Vergleich„. Er kann die Identität der angeschlossenen Geräte erkennen und Datenpakete gezielt nur an das Gerät senden, für das sie bestimmt sind. Diese Fähigkeit reduziert Netzwerkverkehr und Kollisionen erheblich und verbessert somit die Gesamteffizienz des Netzwerks.

Arten von Switches

Es gibt verschiedene Arten von Switches, die sich in Funktionalität und Anwendungsbereichen unterscheiden:

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Unmanaged Switches

Dies sind die einfachsten Typen von Switches, die keine Konfiguration erfordern und sofort nach dem Auspacken einsatzbereit sind. Sie sind ideal für einfache Netzwerkaufgaben in kleinen Büros oder zu Hause im Homeoffice.

Managed Switches

Managed Switches bieten erweiterte Funktionen, die über eine Schnittstelle konfiguriert werden können. Sie ermöglichen Netzwerkadministratoren, das Netzwerkverhalten detailliert zu steuern, einschließlich Zugriffskontrolle, Bandbreitenmanagement und Erstellung von VLANs (Virtual Local Area Networks).

Smart Switches

Smart Switches (auch als intelligente Switches bezeichnet) bieten eine Mischung aus den Funktionen von unmanaged und managed Switches. Sie sind einfacher als Managed Switches und bieten dennoch einige Konfigurationsmöglichkeiten.

Switch im Homeoffice

Anwendungsbereiche von Switches

Switches sind in nahezu jedem Netzwerkumfeld zu finden, von kleinen Heimnetzwerken bis hin zu großen Unternehmensnetzwerken und Datenzentren. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, Netzwerkgeräte zu verbinden und die Kommunikation zwischen ihnen zu erleichtern. In großen Netzwerken werden Switches oft hierarchisch eingesetzt, wobei Core-Switches das Rückgrat des Netzwerks bilden und Edge-Switches die Verbindung zu den Endgeräten herstellen.

Was bedeutet Layer 1, Layer 2 und Layer 3 Switch?

Der Unterschied zwischen Layer 1, Layer 2 und Layer 3 bezieht sich auf die ersten drei Ebenen des OSI-Modells für Netzwerkkommunikation, das eine standardisierte Rahmenstruktur zur Definition der Funktionen eines Netzwerksystems bietet. Jede Schicht hat spezifische Aufgaben und Funktionen, die zusammenarbeiten, um die Gesamtkommunikation innerhalb eines Netzwerks zu ermöglichen.

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Layer 1: Physikalische Schicht (Physical Layer)

  • Funktionen: Die physikalische Schicht ist für die Übertragung der rohen Bitströme über das physische Medium verantwortlich. Sie befasst sich mit der Hardware-Teil des Netzwerks, einschließlich Kabeltypen (wie Kupferkabel, Glasfaser), Steckern, Signalen und deren elektrischen, mechanischen und prozeduralen Spezifikationen.
  • Ziele: Die Hauptziele dieser Schicht sind die Etablierung, Wartung und Deaktivierung der physischen Verbindung.
  • Beispiele für Geräte und Technologien: Hubs, Repeater, Netzwerkkabel, Fiber Optics, und physische Standards wie Ethernet (für Kupferkabel-Verbindungen) und IEEE 802.11 (für drahtlose Verbindungen).
  • Einsatzgebiete: Aufgrund ihrer begrenzten Funktionalität und der Tatsache, dass sie lediglich Signale verstärken oder elektrische Signale in Lichtsignale umwandeln (und umgekehrt), werden Layer 1 Geräte selten in modernen Netzwerken eingesetzt. Sie finden möglicherweise noch Anwendung in sehr kleinen Netzwerkumgebungen oder bei speziellen Anforderungen wie der Signalverstärkung über lange Distanzen.
  • Anwendungen: Kleine Büros oder Heimnetzwerke, wo Kosten eine größere Rolle spielen als Leistung oder Sicherheit.

Layer 2: Datensicherungsschicht (Data Link Layer)

  • Funktionen: Diese Schicht stellt eine zuverlässige Verbindung zwischen zwei direkt verbundenen Netzwerkknoten her und ist für die Fehlererkennung und -korrektur zuständig, die auf der physikalischen Ebene auftreten können. Sie ist auch für das Framing zuständig, also die Einteilung der Datenströme in Datenrahmen, und kontrolliert den Zugriff auf das Medium, um Kollisionen zu verhindern.
  • Ziele: Sicherstellung einer fehlerfreien Übertragung über das physische Medium und Bereitstellung einer Adressierungsmethode für die Geräte im Netzwerk, typischerweise durch MAC-Adressen (Media Access Control).
  • Beispiele für Geräte und Technologien: Switches, Bridges und Protokolle wie Ethernet für kabelgebundene Netzwerke sowie Wi-Fi für drahtlose Netzwerke.
  • Einsatzgebiete: Layer 2 Switche sind ideal für lokale Netzwerksegmente und werden häufig eingesetzt, um Endgeräte wie Computer, Drucker und Server innerhalb desselben Subnetzes miteinander zu verbinden. Sie sind in der Lage, Verkehr basierend auf MAC-Adressen zu verwalten und bieten Funktionen wie VLANs (Virtual Local Area Networks) zur Segmentierung des Netzwerks und zur Erhöhung der Sicherheit und Effizienz.
  • Anwendungen: Büros, Schulen, kleinere Campusnetzwerke, und überall dort, wo Geräte innerhalb desselben oder verschiedener VLANs effizient miteinander kommunizieren müssen, ohne dass umfangreiche Routing-Funktionalitäten benötigt werden.

Layer 3: Netzwerkschicht (Network Layer)

  • Funktionen: Die Netzwerkschicht ist für die Wegfindung und logische Adressierung verantwortlich. Sie ermöglicht die Kommunikation zwischen unterschiedlichen Netzwerken und führt Routing-Funktionen durch, um Datenpakete über verschiedene Knoten hinweg zum Ziel zu führen.
  • Ziele: Bereitstellung von Mechanismen für die Wegfindung und Weiterleitung von Datenpaketen von einem Netzwerk zum anderen unter Verwendung logischer Adressen, bekannt als IP-Adressen (Internet Protocol Adressen).
  • Beispiele für Geräte und Technologien: Router, Layer-3-Switches (die Routing-Fähigkeiten haben) und Protokolle wie IP (Internet Protocol), ICMP (Internet Control Message Protocol) für Diagnosezwecke und Routing-Protokolle wie OSPF (Open Shortest Path First) und BGP (Border Gateway Protocol).
  • Einsatzgebiete: Layer 3 Switche, auch als Multilayer-Switche bekannt, kombinieren die Funktionalitäten von Switchen und Routern, indem sie nicht nur Datenpakete innerhalb eines lokalen Netzwerks weiterleiten, sondern auch zwischen verschiedenen Subnetzen routen können. Sie eignen sich für größere Netzwerkumgebungen, in denen verschiedene VLANs und Subnetze miteinander kommunizieren müssen.
  • Anwendungen: Große Unternehmensnetzwerke, Campus-Netzwerke, Rechenzentren und jede Umgebung, die eine effiziente Segmentierung, Sicherheit und Verwaltung des Datenverkehrs zwischen verschiedenen Subnetzen erfordert. Sie sind besonders nützlich in Netzwerken, die eine hohe Leistung und fortgeschrittene Routing-Funktionen benötigen. Bekannte Hersteller von Layer 3 Switchen sind z.B. HP oder Dell.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Layer 1 die physikalische Basis für die Netzwerkkommunikation schafft, Layer 2 die Datenübertragung zwischen direkt verbundenen Geräten steuert und Layer 3 die Verbindung und Datenübertragung über verschiedene Netzwerke hinweg ermöglicht, indem es Routing und logische Adressierung nutzt. Jede Schicht baut auf den Diensten der darunter liegenden Schicht auf und bietet Dienste für die darüber liegende Schicht.

Switche im Rechenzentrum

Erklärung der 7 OSI-Schichten

Nachfolgend eine Erklärung zu den 7 existierenden OSI-Schichten.

  1. Physikalische Schicht (Physical Layer): Diese Schicht bezieht sich auf die physischen Medien und Hardware, die für die Übertragung von rohen Bitströmen über ein Netzwerk verantwortlich sind, wie Kabel, Switches, und die elektrischen Impulse oder Lichtsignale, die durch sie fließen.
  2. Datensicherungsschicht (Data Link Layer): Diese Schicht stellt eine zuverlässige Verbindung zwischen zwei direkt verbundenen Knoten her und ist für die Fehlererkennung und -korrektur verantwortlich, die auf der physikalischen Ebene auftreten können. Sie definiert auch das Format der Daten auf dem Netzwerkmedium und bietet eine Adressierungsmethode für die Geräte, typischerweise MAC-Adressen.
  3. Netzwerkschicht (Network Layer): Diese Schicht ist verantwortlich für die Wegfindung und den logischen Adressierungsmechanismus, bekannt als IP-Adressierung. Sie ermöglicht die Kommunikation zwischen verschiedenen Netzwerken und ist verantwortlich für die Router-Funktionen.
  4. Transportschicht (Transport Layer): Diese Schicht bietet die End-zu-End-Kommunikationskontrolle, sorgt für die Vollständigkeit der Datenübertragung und ermöglicht die Fehlerkorrektur. Sie definiert Protokolle wie TCP (Transmission Control Protocol) und UDP (User Datagram Protocol).
  5. Sitzungsschicht (Session Layer): Diese Schicht steuert die Dialoge (Sitzungen) zwischen Computern. Sie etabliert, verwaltet und beendet Verbindungen zwischen lokalen und entfernten Anwendungen.
  6. Darstellungsschicht (Presentation Layer): Diese Schicht übersetzt Daten zwischen dem Format, das das Netzwerk benötigt, und dem Format, das die Anwendung verwendet. Sie kann auch Verschlüsselung, Komprimierung und andere Transformationen durchführen.
  7. Anwendungsschicht (Application Layer): Die oberste Schicht bietet Netzwerkdienste für Endanwendungen. Hier finden sich Standards für Web-Browser, E-Mail, FTP und andere Anwendungen, die Netzwerkzugriff benötigen.

Fazit

Mit diesen Informationen lässt sich die Frage „Was ist ein Switch?“ gut beantworten. Switches sind ein wesentlicher Bestandteil moderner Netzwerkinfrastrukturen. Ihre Fähigkeit, Daten effizient und gezielt zwischen angeschlossenen Geräten zu übertragen, macht sie unverzichtbar für die Aufrechterhaltung der Kommunikation und des Datenaustauschs in Netzwerken aller Größen. Ob in einem kleinen Heimbüro oder in einem großen Unternehmensnetzwerk, die Auswahl des richtigen Switch-Typs kann einen erheblichen Unterschied in der Leistung und Effizienz des Netzwerks machen. Mit der fortschreitenden Entwicklung der Netzwerktechnologie werden Switches weiterhin eine zentrale Rolle in der Welt der Computernetzwerke spielen.

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