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Infrastruktur

Netzwerk-Switch

Verbindung von Geräten im LAN

SwitchLayer 2Layer 3VLANSTPPoEMAC-TableTrunk

Ein Switch verbindet Geräte im lokalen Netzwerk (LAN) und leitet Frames anhand von MAC-Adressen intelligent weiter. Im Gegensatz zu einem Hub sendet er nur an den Ziel-Port – kein Broadcast-Chaos.

SwitchMAC-Address-TablePort 1: AA:BB · Port 2: CC:DD · Port 3: EE:FFPC 1AA:BB:CCPC 2CC:DD:EEServerEE:FF:00Drucker11:22:33RouterUplinkVLAN-SegmentierungVLAN 10: IT · VLAN 20: Gäste · VLAN 30: ManagementTrunk-Port (802.1Q) verbindet Switches mit mehreren VLANs

Entstehung und Beteiligte

Netzwerk-Switches entwickelten sich aus Ethernet-Bridges. Kalpana brachte 1990 einen frühen kommerziellen Multiport-Switch heraus und wurde später von Cisco übernommen. ASICs ermöglichten Weiterleitung vieler Frames mit Leitungsgeschwindigkeit.

Welches Problem sollte gelöst werden?

Geteilte Ethernet-Kabel und Hubs bildeten eine gemeinsame Kollisionsdomäne. Mehr Teilnehmer teilten sich dieselbe Bandbreite. Switches sollten Ports voneinander entkoppeln und Frames nur dorthin senden, wo das Ziel liegt.

Technische Hürden und Lösungen

MAC-Lernen, Pufferung, Schleifenvermeidung, VLANs und Link Aggregation mussten in Hardware funktionieren. Oversubscription und kleine Puffer können bei Last zu Verlust führen. Redundante Topologien benötigen STP oder geroutete Designs.

Standardisierung und Einordnung

Physische und logische Infrastruktur muss über Herstellergrenzen hinweg funktionieren. IEEE-, ISO- und IETF-Standards definieren elektrische Werte, optische Übertragung, Rahmenformate und Steuerprotokolle. In der Praxis kommen weitere Hürden hinzu: Kabellängen, Störungen, Stromversorgung, Wärme, Redundanz und Wartbarkeit. Gute Planung betrachtet deshalb nicht nur Datenblattwerte, sondern den gesamten Lebenszyklus.

Technik im praktischen Betrieb

Planung endet nicht mit dem Kauf eines Geräts. Dokumentation, Beschriftung, Ersatzteile, Firmwarepfade, Strombudget und Messwerte bestimmen die Wartbarkeit. Redundante Leitungen helfen nur, wenn sie nicht im selben Kabelweg, Switch, Netzteil oder Provider enden. Vor einer Änderung sollten Ausgangszustand und Rückweg feststehen. Nachher müssen nicht nur Linkanzeigen, sondern Fehlerzähler, Aushandlung, reale Datenrate und Anwendungserreichbarkeit kontrolliert werden.

Warum das Thema heute noch relevant ist

Infrastruktur bleibt meist länger im Einsatz als Anwendungen. Entscheidungen zu Kabeln, Frequenzen, Portzahl, Leistung und Redundanz wirken zehn Jahre oder länger. Historische Standards sind deshalb weiterhin relevant und werden durch schnellere Varianten erweitert statt vollständig ersetzt. Eine gute Installation lässt Messung, Austausch und Erweiterung zu. Reserven bei Platz, Kühlung, Strom und Fasern sind oft günstiger als ein späterer Umbau unter laufendem Betrieb.

Daten und Meilensteine

  • Ein Switch lernt Quell-MAC-Adressen.
  • Vollduplex-Ethernet verwendet kein CSMA/CD mehr.
  • Backplane- und Forwarding-Kapazität begrenzen reale Leistung.
  • Managed Switches ergänzen VLAN, QoS, Monitoring und Zugriffsschutz.

Was ist ein Netzwerk-Switch?

Ein Switch ist ein Layer-2-Gerät (OSI Data Link Layer), das Ethernet-Frames anhand von MAC-Adressen intelligent zwischen seinen Ports weiterleitet. Die MAC-Address-Table (auch CAM Table) merkt sich, welche MAC-Adresse an welchem Port angeschlossen ist.

Beim ersten Frame an eine unbekannte MAC-Adresse wird geflutet (an alle Ports). Danach lernt der Switch die Zuordnung und sendet gezielt an den Ziel-Port – viel effizienter als ein Hub (der immer flutet).

Switch-Typen und Hierarchie

  • Access Switch: Endgeräte anschließen (PCs, Telefone, Drucker). Port-Dichte oft 24/48 Ports, PoE für IP-Phones/WLAN-APs, VLAN-Konfiguration.
  • Distribution Switch: Verbindet Access Switches, Routing zwischen VLANs (Layer-3-Switch), Aggregation, höhere Bandbreite zu Core.
  • Core Switch: Backbone des Campus-Netzwerks. Hochperformant, redundant, kein Endgeräteanschluss.
  • Layer-3-Switch: Switch + Router-Funktionalität. Kann Inter-VLAN-Routing durchführen (schneller als dedizierter Router für LAN).
  • PoE Switch (Power over Ethernet): Versorgt IP-Telefone, WLAN-APs, IP-Kameras mit Strom über das Ethernet-Kabel. Standards: 802.3af (15W), 802.3at (30W), 802.3bt (90W).

STP, VLAN und weitere Features

STP (Spanning Tree Protocol, 802.1D) verhindert Loops durch blockieren redundanter Pfade. RSTP (802.1w) ist schneller. MSTP (802.1s) für mehrere Instanzen.

VLAN (802.1Q) trennt logisch verschiedene Netze auf einem physischen Switch. Trunk-Ports tragen mehrere VLANs (getaggt). Access-Ports gehören einem VLAN.

PortChannel/LACP: Mehrere physische Links bündeln für Bandbreite und Redundanz. QoS: Traffic-Priorisierung. Port-Security: MAC-Adresse pro Port beschränken.