Der Switch

Auswahlkriterien beim Kauf eines Switches

Auswahlkriterium Eigenschaft
Übertragungsgeschwindigkeit 10 Mbit/s - 10 Gbit/s
Anzahl der Anschlüsse/Ports 2 … 128
Größe/Maß 19’‘/30cm/etc.
Stromverbrauch/Energieverbrauch Bis 50W
Buchsen/Anschlüsse RJ45/GG45/SPF+
Features PoE, Remote Management, VLAN, Redundanz, SNMP
Hersteller 3Com/Cisco/Netgear
Kosten 5€…100000€
Garantie/Lieferbarkeit/Service  

Exkurs: Flow Control & Back-Pressure - wichtige Funktionalitäten eines Switches

Ethernet flow control

Ethernet flow control is a mechanism for temporarily stopping the transmission of data on an Ethernet computer network. Flow control in Ethernet resides on the data link layer. A situation may arise where a sending station (computer) may be transmitting data faster than some other part of the network (including the receiving station) can accept it. The overwhelmed network element will send a PAUSE frame, which halts the transmission of the sender for a specified period of time. PAUSE is a flow control mechanism on full duplex Ethernet link segements defined by IEEEE 802.3x and uses MAC Control frames to carry the PAUSE commands. Only station configured for full-duplex operation may send PAUSE frames. (From Wikipedia, the free encyclopedia, angepasst)

Back-Pressure

Ist kein Vollduplex möglich, wird ein Verfahren namens Back-Pressure verwendet. Es simuliert Kollisionen. Dazu wird vor dem drohenden Überlauf ein JAM-Signal vom Switch gesendet. Das angeschlossene Gerät beendet daraufhin den Sendevorgang und wartet einige Zeit, bevor es erneut Frames sendet. (nach Schnabel, P.: Netwerktechnik-Fibel, 2004)

CSMA/CD und verwandte Techniken

CSMA/CD ist ein wesentlicher Bestandteil der Netzwerkarchitektur Ethernet und regelt den Zugriff auf das Medium.

Sobald sich mehrere Kommunikationsteilnehmer ein einziges Medium zur Datenübertragung teilenb (Shared Media), muss ein Verfahren definiert werden, welches den Zugriff regelt. Ansonsten kommt es zu Kollisionen.

Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection ist ein solches Verfahren und im Standard IEEE802.3 definiert. Seinen Ursprung hat CSMA/CD in Netzwerken mit logischer Bustopologie.

Funktionsprinzip:

  • Bevor ein Teilnehmer Daten sendet, muss die Leitung abgehört und sichergestellt werden, dass diese frei ist.
  • Ist die Leitung nicht frei, wird gewartet und das Medium wird weiter geprüft.
  • Bei freier Leitung kann der Teilnehmer senden; die Leitung wird dabei weiter überwacht und abgehört.
  • Sollten zwei oder mehrere Teilnehmer gleichzeitig Singale auf das Medium geben, kommt es zu Kollisionen. In diesem Fall sendet die festellende Station ein JAM-Signal um alle angeschlossenen Systeme zu informieren.
  • Das Senden wird eingestellt, das Verfahren beginnt von neuem…
graph LR id1[Station Sendebereit] id2[Leitung abhören] id3{Frei ?} id4[Daten senden und abhören] id5{Kollision ?} id6[Warten gemäß Back-Off-Strategie] id7[Stop Übertragung] id8[JAM Signal] id9(Fertig) id1 --> id2 id2 --> id3 id3 -->|Nein|id2 id3 -->|Ja|id4 id4 --> id5 id8 --> id7 id7 --> id6 id5 -->|Nein|id9 id5 -->|Ja|id8

Funktions und Arbeitsweise von Ethernetswitches

Bevor wir uns mit der Funktions und Arbeitsweise von Switches befassen können müssen wir uns ersteinmal damit auseinander setzen was überhaupt ist genau “Ethernet”? Dies ist im IEEE Standard 802.3 beschrieben.

Eine Übertragung im lokalen Ethernet besteht aus sogennanten Rahmen bzw. engl. Frames. Eine Erklärung hierfür ist untenstehend nun zu lesen nach “Introduction to Networks, Cisco Networking Academy-2014”

Ethernet is the most widely used LAN technologiy today. Ethernet operates in the data link layer and the physical layer. It is a family of networking technologies that are defined in the IEEE 802.2 and 802.3 standards. Ethernet supports data bandwidths of: 10 Mb/s, 100 Mb/s, 1000 Mb/s (1 Gb/s), 10.000 Mb/s (10 Gb/s), 40 Gb/s, 100 Gb/s

Traditionally, Ethernet provides unacknowledged connectionless service over a shared media using CSMA/CD as the media access methods. Shared media requires that the Ethernet frame header use a address to identify the source and destination nodes. As with most LAN protocols, this address referred to as the MAC address of the node. An Ethernet MAC address is 48 bits and is generally represented in hexadecimal format (64-31-50-3F-70-C3).

Fields of the Ethernet frame:

  • Preamble: Used to time synchronization; this also contains a delimiter to mark the end of timing information
  • Destination Address: 48-bit MAC address for the destination node
  • Source Address: 49-bit MAC address for the source node
  • Type: Value to indicate which upper-layer protocol will receive the data after the Ethernet process is complete
  • Data or Payload: This is the PDU (Protocol Data Unit), typically an IPv4 packet, that is to be transported over the media
  • Frame Check Sequence (FCS): A CRC value used to check for damaged frames