3.3 Switches

  Switches sind Netzkomponenten die auf der Schicht 2 des ISO/OSI-Referenzmodells arbeiten. Sie werden eingesetzt für eine schnelle und effiziente Koppelung zwischen mehreren LAN-Teilnetzen. Auf der Schicht 2 wird mit MAC-Adressen gearbeitet. Grundsätzlich kann die Arbeitsweise von einem Switch mit der einer Transparent Bridge incl. Spanning Tree (im Ethernetbereich) oder Source Route Bridge (für Token Ring Netze) verglichen werden.
Im Gebäudekomplex Oettingenstraße wird nur Ethernet als Technologie eingesetzt, deswegen beschränken wir uns in dieser Diplomarbeit auf die Ethernet-Switches.

Switches bieten den Vorteil den Verkehr zu separieren. Sie erkennen, ob es sich bei einem Datenpaket um teilnetzübergreifenden oder teilnetzlokalen Verkehr handelt. Dementsprechend wird das Paket weitergeleitet oder nicht. Um diese Entscheidung treffen zu können muß ein Switch ``lernen'', welche MAC-Adresse zu welchem Teilnetz gehört. Jeder Switch führt eine Adreßtabelle, in der jede MAC-Adresse und der dazugehörige Ausgangsport gespeichert ist. Hierzu liest der Switch zu jedem an einem Port eingegangenen Frame die Source-Adresse ein und überprüft, ob diese in der Adreßtabelle schon gespeichert ist. Wenn nein, merkt sich der Switch an welchem Port der Frame eingegangen ist und speichert die Information: MAC-Adresse - Port. Somit kann zu einem späteren Zeitpunkt die Zuordnung Destination-Adresse und Ausgangsport jederzeit abgefragt und zur Entscheidung der Weiterleitung herangezogen werden.

Innerhalb eines Switches gibt es verschiedene Verarbeitungsmechanismen: ``Cut Through''- und ``Store and Forward''-Switching.

• Cut Through-Switching :
  Beim Cut Through-Switching (siehe Abb. 3.3) wird die Zieladresse DA (ersten 6 Bytes) des MAC-Frames ausgelesen und in der gespeicherten Adreßtabelle die Zuordnung dieser Zieladresse zu dem entsprechenden Ausgangsport bestimmt. Danach werden die Datenpakete, ohne weitere Überprüfung und z.T. noch bevor das letzte Bit des Frames eingegangen ist, an den Ausgangsport weitergeleitet. Eine Überprüfung des CRC-Feldes kann erst nach Ausgabe der ersten Bytes (DA, SA, ..) stattfinden. Dadurch erhält man zwar kurze Verzögerungszeiten, aber fehlerhafte Frames werden ebenso weitergeleitet.
  
   

  Abbildung 3.3:  Cut Through-Switching

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• Store and Forward-Switching
  Beim Store and Forward-Switching (siehe Abb. 3.4) wird dagegen der gesamte MAC-Frame eingelesen und zwischengespeichert, um zunächst alle Steuerinformationen interpretieren zu können. Durch das Einlesen des kompletten Frames können Bitfehler identifiziert und damit fehlerhafte Frames verworfen werden. Dieser Mechanismus hat in der Regel eine längere Verzögerungszeit zur Folge. Store and Forward-Switching ist immer dann notwendig, wenn ein Sicherheitscheck durchgeführt werden soll, oder unterschiedliche Geschwindigkeiten (z.B. 10 Mbit/s zu 100 Mbit/s) angeglichen werden müssen.
  
   

  Abbildung 3.4:  Store and Forward-Switching

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Ein Switch wird bestimmt durch:

1.

die Art des Gerätes (modular, stackable, stand alone)

2.

die Art der Verarbeitungsmechanismen (Cut-Through, Store and Forward)

3.

die Art der internen Übertragung (blocking, non blocking)

4.

die Anzahl der zu verwaltenden MAC-Adressen pro Gerät/Port

5.

die Art der unterstützenden Technologie (Ethernet, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, FDDI, ATM, Token Ring)

6.

Anzahl der Ports (von einem Workgroup-Switch mit 8 Ports bis zu einem Enterprise-Switch mit über 100 Ports)

7.

die unterstützte Geschwindigkeit pro Port

8.

die Uplink-Ports (Anbindung an den Backbone)

9.

die unterstützten VLAN-Typen

10.

die Art des unterstützten Managements (Protokolle, MIBs)

11.

die Kompatibilität mit Switches anderer Hersteller (Standards)

Um virtuelle Strukturen in einem unternehmensweiten LAN einzuführen, müssen weitere Bedingungen erfüllt sein, um einen reibungslosen, schnellen und erfolgreichen Datenverkehr zu ermöglichen. Dabei ist zu beachten, daß sich die Anforderungen nicht mehr nur auf Einzelsysteme beziehen, sondern auf das Zusammenspiel mit anderen Geräten im Netz. Die Switches müssen miteinander kommunizieren und Informationen austauschen, um einen korrekten Datenverkehr in einem VLAN zu gewährleisten. Für die Übertragung von VLAN-Informationen zwischen den Switches werden folgende Lösungen angeboten:

• Austausch von Adreßtabellen
• Tagging auf MAC-Ebene
• Time Division Multiplexing
• ATM

In Kap. 3.5 werden diese Techniken ausführlich beschrieben. Switches erlauben verschiedene Zuordnungen von Endgeräten zu einem VLAN. Diese Möglichkeiten werden in den nachfolgenden Kapiteln beschrieben.