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Switch

Switch | Bild: © vschlichting (Volker Schlichting)/Depositphotos.com

Switch für Computer und Netzwerk

So wie der englische Begriff Switch mehrere Bedeutungen hat (Schalter/Umschalter oder Weiche), gibt es verschiedene Arten von Switches, die jeweils andere Aufgaben erfüllen. In kleinen Heimnetzwerken oder großen Unternehmen mit Tausenden Rechnern. Häufig verwendete Varianten sowie ihre Eigenschaften und Funktionsweise lernen Sie im Folgenden kennen.

KVM-Switch – mehrere Computer an einem Arbeitsplatz

KVM steht für Keyboard Video Mouse. Wenn also Tastatur, Monitor und Maus für mehrere Computer verwendet werden sollen, stellt ein KVM-Switch eine komfortable Lösung dar. Je nach Umfang und Ausführung können Sie auch weitere USB-Geräte wie Drucker/Scanner und Lautsprecher gemeinsam nutzen und umschalten. Manche Modelle lassen sich zudem verketten (kaskadieren), um die Anzahl der steuerbaren Computer zu erhöhen.

Die Peripheriegeräte schließen Sie direkt an den KVM-Switch an. Die Verbindung zu den Rechnern stellen Sie je nach Ausführung mit entsprechenden Standardkabeln her. Das Umschalten erfolgt über einen Schalter am Switch oder über die Tastatur. Alle verbundenen Computer nehmen die Geräte als durchgehend angeschlossen wahr. Dies vermeidet Störungen.

KVM-Splitter – ein Computer für mehrere Arbeitsplätze

Für den umgekehrten Fall bietet sich die Möglichkeit mit dem KVM-Splitter einen Rechner über mehrere Konsolen (Tastatur, Monitor und Maus) zu nutzen.

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Netzwerk-Switch – der intelligente Verteiler im lokalen Netzwerk

Wenn beispielsweise die Anzahl der Ports (Anschlüsse) am Router nicht ausreicht, stellt sich die Frage nach einer passenden Lösung. Der Netzwerkswitch verteilt innerhalb eines Local Area Network (LAN) Daten an die angeschlossenen Geräte wie Computer, Drucker, Smart-TV oder eine Kamera.

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Der Switch ist optisch von einem sogenannten Hub kaum zu unterscheiden. Die Funktionsweisen jedoch sind grundverschieden. Während der Hub mit einer Mehrfachsteckdose verglichen werden kann, sucht der Switch gezielt den passenden Abnehmer für die eingehenden Datenpakete. Dabei kommen unterschiedliche Technologien/Methoden zum Einsatz.

Unterschied zwischen Hub und Switch

Ein Hub sendet alle empfangenen Daten an alle angeschlossenen Geräte im Netzwerk weiter. Diese teilen sich dabei die verfügbare Bandbreite (Kapazität). Das heißt, wenn ein Gerät ein sehr großes Datenpaket empfängt, reduziert sich die verbleibende Bandbreite entsprechend zum Nachteil der restlichen Abnehmer. Ein Switch hingegen denkt mit und verteilt die Daten an die gespeicherte Netzwerkadresse des Empfängergerätes. Diese Geräteadresse wird auch MAC-Adresse genannt. MAC steht dabei für Media Access Control. Die Bandbreite bleibt für alle Nutzer konstant hoch.

Besonders anschaulich wird die unterschiedliche Arbeitsweise mit Hinblick auf das OSI-Modell (Open System Interconnection model). Dieses Referenzmodell stellt die Softwarearchitektur in sieben Schichten dar. Jeder OSI-Schicht (Layer) sind spezielle Anforderungen zugeordnet, die aufeinander aufbauen. Von der Bitübertragung bis zu Anwendungsfunktionen. Ein Hub arbeitet ausschließlich auf der Bitübertragungsschicht: Layer 1 – Switches hingegen auf Layer 2 bis Layer 4.

Funktionsweise

Ein Layer 2-Switch arbeitet auf der Sicherungsschicht. Er analysiert das eingehende Datenpaket (Ethernet-Frame) und ermittelt die enthaltenen MAC-Adressen von Sender und Empfänger. Diese speichert er inklusive der Portnummer in der MAC-Tabelle – auch Forwarding Database (FDB) genannt. Die Einträge in der MAC-Tabelle werden regelmäßig aktualisiert. Die meisten Layer 2-Geräte besitzen keine Managementfunktionen und müssen daher nicht konfiguriert werden (Plug-and-Play). Professionelle Switches der Kategorie Layer 3 (Vermittlungsschicht) und höher sind hingegen zumeist mit Managementfunktionen ausgestattet und können zusätzliche Router-Aufgaben übernehmen. Denn neben den MAC-Adressen werden zudem die IP-Adressen identifiziert. Hierbei wird zwischen statischem und dynamischem Routing unterschieden. Das dynamische Routing passt die Route für ein Datenpaket an die jeweilige Netzsituation an. Als Layer 2+ oder Layer 3 Lite sind daher Switches eingestuft, die nur das statische Routing mit vordefinierter Wegwahl beherrschen.

Verschiedene Switching-Verfahren

Qualitätsunterschiede zwischen den einzelnen Modellen werden nicht zuletzt durch das Switching-Verfahren deutlich. Während ein Layer 3-Switch alle Methoden beherrscht, gibt es zwischen den Layer 2-Geräten deutliche Unterschiede.

Cut-Through

Sobald der Switch die Zieladresse erhalten hat, leitet er das Datenpaket direkt weiter. Dadurch ist die Verzögerungszeit (Latenzzeit) sehr gering. Nachteil dabei: Auch fehlerhafte Datenpakete werden weitergeleitet.

Store-and-Forward

Der Switch speichert das gesamte Datenpaket zunächst in einem Puffer. Erst nachdem das Paket mithilfe unterschiedlicher Filter geprüft wurde, wird es weitergeleitet an den Empfänger. Fehlerhafte Datenpakete werden somit erkannt und aussortiert. Alle Geräte beherrschen diese Methode.

Adaptive-Cut-Through

Diese Variante stellt eine Kombination aus Cut-Through und Store-and-Forward dar. Der Switch schaltet automatisch auf die Speichermethode um, sobald sich Fehler häufen. Dabei gibt es zwei Verfahren:

Entscheidung nach der Prüfsumme (CRC)

Hochwertige Switches sorgen auf diese Weise für eine Optimierung zwischen Fehlerfreiheit und Geschwindigkeit. Ein Wechsel zwischen unterschiedlichen Datenübertragungsraten ist allerdings nicht möglich. Eine Voreinstellung auf beispielsweise 10 Mbit, 100 Mbit oder 1 GBit ist erforderlich.

Entscheidung nach Datenmenge

Unabhängig von der Datenrate setzt diese Variante die Grenze bei einer Datenmenge von mehr als 512 Byte. In diesem Fall ist Cut-Through aktiv.

Fragment-Free

Bei diesem Verfahren ist die Datenprüfung auf die ersten 64 Byte des Datenpakets begrenzt, da die meisten Fehler in diesem Bereich auftreten. Eine effektive Methode, die jedoch selten genutzt wird.

Fazit

Die Bezeichnung Switch wird im Zusammenhang mit Computern und Netzwerktechnik häufig verwendet. Die Auswahl an Geräten ist vielfältig und die Preisspanne erheblich. Bei der Anschaffung ist es empfehlenswert, die Anzahl der Ports großzügig und vorausschauend zu wählen. Fachkundige Beratung schützt vor Fehlkäufen, damit die Leistungsmerkmale zur Verwendung passen.

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