Netzwerkfehler finden und beheben

1.3.4 Switches (S. 66-67)

Aufgrund der technologischen Entwicklung verändern sich die Netze ständig. Durch immer leistungsfähigere Endgeräte und durch die Implementation von Client/Server-Strukturen erhöht sich die Last in einem Netzwerk zusehends. Als das Ethernet eingeführt wurde, bot die zur Verfügung stehende 10-MBit/s-Datenrate des Netzes mehr Übertragungskapazität als notwendig an. Die neuen Applikationen setzen ganz andere Anforderung an die verfügbare Bandbreite, den Durchsatz und die Verzögerungszeiten. Um diese Anforderungen zu beantworten, werden folgende zwei Lösungsansätze realisiert:

Installation einer schnelleren LAN-Technologie sowie
Aufteilung des Datenverkehrs in mehrere kleinere LAN-Segmente.

Da neue Technologien relativ teuer sind und oftmals nicht mit den bereits installierten Techniken harmonieren, werden heute zur Erhöhung der Performance- Anforderungen die traditionellen LANs in mehrere kleinere LAN-Segmente unterteilt. Das heißt, die verfügbare Bandbreite in einem segmentierten LAN setzt sich aus der Summe der einzelnen Bandbreiten in den jeweiligen Segmenten zusammen. Zur Kopplung dieser Segment werden Multiport-Bridges verwendet. Der Begriff Multiport-Bridge wurde jedoch vor 10 Jahren durch den Begriff Switch ersetzt. Seit dieser Zeit spricht man synonym von Layer 2-Switches.

Beim Switching erfolgt die Verbindung zwischen den einzelnen LAN-Segmenten über MAC-Level-Devices. Das Ethernet gehört von seinem Übertragungsverfahren her zu der Halbduplex-Übertragungstechnik. Vor dem Senden eines Paketes überprüft die sendewillige Station das Übertragungsmedium auf das Vorhandensein eines Signals (Carrier-Sense). Wird ein Signal festgestellt, gilt das Medium als belegt, und der Sendevorgang wird auf einen späteren Zeitpunkt verschoben. Wird kein Signal gefunden, so ist das Medium frei verfügbar, und die Daten können übermittelt werden. Durch dieses Verfahren (Multiple-Access) kann es vorkommen, dass zwei Stationen gleichzeitig senden. Auf dem Kabel überlagern sich die Informationen, sprich die Datenpakete kollidieren, und die darin enthaltenen Daten gehen verloren. Die Kollisionen werden durch eine spezielle Logik im Empfänger festgestellt (Collision-Detection) und an das Endgerät gemeldet. Es ist die Aufgabe der an der Kollision beteiligten Geräte, die Daten nach einer Wartezeit erneut zu senden. Das beim Ethernet eingesetzte CSMA/CD-Verfahren (Carrier-Sense-Multiple-Access/ Collision-Detection) ist in der Lage, alle Kollisionen zu erkennen, jedoch kann das Verfahren die Kollisionen nicht verhindern. Bei Netzen mit vielen Stationen kann es deshalb schon ab einer Last von 40-50 Prozent zu einer erheblichen Zunahme der Antwortzeiten führen. Von der theoretischen Durchsatzrate, die dem Benutzer zur Verfügung steht, kommt es in der Praxis schon weit unterhalb des theoretischen Leistungsmaximums zu Problemen.

Bei Ethernet-Technologien wie 10BaseT, 10BaseF, Fast-Ethernet oder Gigabit- Ethernet befinden sich an einem Kabel durch die Punkt-zu-Punkt-Struktur immer nur ein Empfänger und ein Sender. Diese Funktion wird beim Einsatz von Switches genutzt. Im Prinzip handelt es sich bei Switches um schnelle Multiport- Bridges. Jeder Port verfügt dabei über eine separate Bridge-Funktion. Da der Switch alle an den Ports angeschlossenen Adressen lernt, kann er entsprechend der Ziel- und Absende-Adressen des Datenpakets eine direkte Verbindung schalten. Jeder Client-Server-Beziehung steht somit ein exklusiver, kollisionsfreier Datenkanal zur Verfügung. Durch das Multiplexen mehrerer Verbindungen auf einen schnellen internen Bus im Switch kann die Durchsatzrate der angeschlossenen Endgeräte gegenüber einem traditionellen LAN-Segment um ein Vielfaches erhöht werden. Durch den Einsatz von Switches wird jede sternförmig angeschlossene Endgeräteverbindung zu einem eigenen unabhängigen Micro- Segment. Durch diesen technischen Trick verbessert sich die Netzwerk-Performance in einem hochbelasteten Netzwerk sofort. Dabei muss die Netzwerk- Infrastruktur nicht verändert werden. Bei Switches werden 100 Prozent des Datenverkehrs zwischen den Switch-Ports übermittelt.