Die Verwendung von LAN- Switches in Netzwerken

Viele Systeme, auch solche die sich in der Informationstechnik oder Industriellen Kommunikation wiederfinden, arbeiten auf Basis von Ethernet. Hierbei handelt es sich um eine Technologie, welche die Software und die Hardware für Datennetze spezifiziert, die kabelgebunden sind. Bei der Software finden sich dabei meist Protokolle und die Hardware wird durch Kabel, Verteiler oder auch Netzwerkkarten gestellt. Da das Ethernet in seinem Ursprung lediglich für lokale Datennetze, die sogenannten LANs, entwickelt wurde, wird es meist auch direkt als LAN-Technik bezeichnet. Diese Technologie ermöglicht einen Austausch von Daten zwischen den Geräten, die innerhalb eines Netzwerkes angeschlossen sind. Dies geschieht in Form von Datenpaketen und mit Übertragungsraten von 10 Mbit/s, 100 Mbit/s oder 1.000 Mbit/s. Das herkömmliche LAN kann sich nur über ein Gebäude erstrecken, doch ein Ethernet, welches über Glasfasern läuft, erreicht eine Reichweite von mindestens zehn Kilometern.

Die unterschiedlichen Adressen bei einem Switch

An den jeweiligen Ports eines Switches lassen sich die Endgeräte direkt anschließen, wobei es pro Port nur ein zugewiesenes Endgerät geben darf. Die durch das Endgerät auf das Kabel geschickten Datenrahmen enthalten dabei stets zwei unterschiedliche Adressen:

• Source-Adresse: 
  Durch diese Adresse erkennt der entsprechende Port, welches Gerät an ihn gekoppelt ist. Diese Adresse wird bei der jeweiligen Kennung eines Ports an die zentrale Adressliste des Switches weitergeleitet. Diese Adressliste wird anschließend als eine Art Transporttabelle für die vorhandenen Datenrahmen eingesetzt. Anhand des Adresspools, also der Gesamtheit der übermittelten Adressen, kann der Switch dann erkennen, an welchen Empfänger er den Datenrahmen zu versenden hat.
• Destination-Adresse: 
  Dies ist die Adresse, an welchen der Datenrahmen letztlich übersendet werden soll. Doch dabei kann es sein, dass während des Vorgangs noch kein Eintrag zu dieser Adresse in der Tabelle vorhanden ist, sodass der Switch davon ausgehen muss, dass sich diese Kennung noch nicht aktiv an einer Kommunikation teilnimmt. Kommt es hierzu so wird der Datenrahmen wie ein Broadcast-Rahmen angesehen und an alle weiteren Ports geleitet. Schickt das bis dato unbekannte Gerät dann eine Antwort auf den Empfang des Rahmens, so wird die darin befindliche Source-Adresse in die Tabelle aufgenommen. Anschließend wird der Rahmen durch den Switch mittels der internen Backplane an den Ziel-Port versendet. Bei diesem Verfahren ist es zulässig das sich an einen Port mehrere Stationen koppeln dürfen, da dies mit einer transparenten Brücke zu vergleichen ist.

Definition eines Switches

Ein Switch kommt innerhalb des Netzwerks eines Computers vor und steht darin wortwörtlich für eine Schalter oder Umschalter. Darüber hinaus lässt sich dieses Kopplungselement auch als Netzwerkweiche oder Verteiler bezeichnen, da es die Segmente eines Netzwerkes miteinander in Verbindung bringt. In diesen Segmenten besteht die Aufgabe eines Switches darin, die Datenframes an ihr vorgesehenes Ziel weiterzuleiten und Sorge dafür zu tragen, dass dieses Vorgang auch korrekt abläuft. Diese Frames werden jedoch nicht wie bei einem Repeater-Hub an alle Ports gesendet, sondern wirklich nur an denjenigen, der sich an dem Zielgerät befindet. Dabei lernt der Switch eigenständig die Hardware-Adressen der zugehörigen Geräte, um diese anschließend identifizieren zu können. Der Begriff „Switch“ kann desweiteren noch als eine Multiport-Bridge angesehen werden, also ein Netzwerkgerät, welches aktiv an Vorgängen teilnimmt und auf der Schicht 2 des ISO/OSI-Referenzmodells definiert ist. Ursprünglich stamm das Wort „Switch“ aus der leitungsvermittelnden Technik und gibt dort nicht die Funktion eines Geräts wieder. Die eigentliche Bedeutung etablierte sich erst sein Anfang der 90er Jahre. 

Mögliche Eigenschaften eines Switches

Mittels eines Switches lassen sich Kollisionsbereiche in mehrere Unterbereiche aufteilen. Die ankommenden Telegramme werden dann von einem Switch zu einem der Ausgangsports weitergeleitet, woran sich der Empfänger befindet. Auch die Eigenschaften, die ein solches Kopplungselement enthalten kann, unterscheiden sich:

• Store-and-forward
  die auf dieser Technologie basierenden Switches stellen eine Mischform aus einem Switch und einer Brücke dar. Diese Switches haben eine wesentlich höhere Verzögerungszeit als die Cut-Through-Switches, die auf Hardware gestützt sind. Dies geschieht durch den vollständigen Empfang des Datenrahmens, dem Zwischenspeichern ebenjenes und der erst dann laufenden Weiterreichung an den Ausgangsport.
• Cut-Trough 
  bei dieser Form des Switch wird der „Forwarding“-Prozess sofort gestartet, sobald eine sechs Byte lange Destination-Adresse durch den Controller des Empfängerports gelesen wurde. Bei dieser Methode wird die Verzögerungszeit zwischen dem Empfangsport und Sendeport reduziert, da es nicht zwingend notwendig ist, den gesamten Datenrahmen zwischen zu speichern.
• Blockierend oder nicht Blockierend
  wenn ein Switch gleichzeitig alle Verbindungen bedienen kann ohne dass dies zu Einschränkungen führt, so gilt er als blockierend. Wenn er jedoch nur eine beschränkte Kapazität hat, kann er nur einzelne Eingänge blockieren.
• Managed und Unmanaged 
  der unmanaged Switch macht sich für die Durchleitung lediglich die Adresstabelle zunutze. Bei dem managed Switch müssen jedoch weitere Kriterien berücksichtigt werden, die zum Beispiel beim Vergeben von Adressen deren jeweilige Priorität mit einschließt.