Netzwerk-Switches: Alle Typen und ihre Einsatzbereiche

1. Unmanaged, Smart und Managed Switches

Der Grad an Verwaltung und Konfigurierbarkeit, den ein Netzwerk-Switch bietet, ist eine der wichtigsten Kaufentscheidungen, die ein Netzwerkarchitekt treffen muss. Für kleine Zweigstellen oder Home-Offices kann ein Managed Switch die richtige Wahl sein. Bei diesen Switches handelt es sich im Wesentlichen um Plug-and-Play-Einheiten, die es mehreren Geräten ermöglichen, über eine einzige Broadcast-Domäne zu kommunizieren. Aufgrund ihrer begrenzten Funktionen sind Unmanaged Switches im Vergleich zu Smart und Managed Switches deutlich preiswerter.

Vergleicht man die Unterschiede zwischen Smart Switches und Managed Switches, wird es etwas unübersichtlich. Beide Geräte sind technisch gesehen verwaltbar, also Managed Switches. Die traditionelle Unterscheidung zwischen Smart Switches und Managed Switches verschwimmt zunehmend. Moderne Smart Switches bieten häufig auch CLI-Zugriff und erweiterte Funktionen, die früher nur Managed Switches vorbehalten waren. In den meisten Fällen neigen die Netzwerkausrüster, die Smart Switches verkaufen, jedoch dazu, viele der erweiterten Funktionen wegzulassen und nur die grundlegenden Funktionen zu implementieren. Dazu zählen die Erstellung virtueller LANs (VLAN), einfache QoS-Einstellungen (Quality of Service), Port-Aggregation und einige Optionen für das Spanning Tree Protocol (STP). Smart Switches werden in der Regel über eine Web-GUI und nicht per Befehlszeile (Command-line Interface, CLI) konfiguriert.

Managed Switches hingegen nehmen die Top-Position unter den Netzwerk-Switches ein. Diese Switches bieten Hunderte bis Tausende von Konfigurationsoptionen, von denen viele für mittelgroße bis große Unternehmens-LANs äußerst nützlich sind. Außerdem lassen sich diese Geräte über eine grafische Benutzeroberfläche (GUI) verwalten. Häufiger erfolgt das Management allerdings per CLI, um eine schnelle und einfache Bedienung durch Netzwerkprofis zu ermöglichen.

2. Layer 2 und Layer 3 Switches

Bleiben wir bei Managed Switches, so lassen sich diese weiter in zwei unterschiedliche Funktionstypen unterteilen. Sie werden üblicherweise als Layer 2 und Layer 3 Switches bezeichnet, je nachdem, wo sie im OSI-Modell agieren. Layer 2 Switches werden auch Multiport Bridge Switches genannt, Layer 3 Switches manchmal auch Multilayer Switches.

Layer 2 Switches können auf intelligente Weise Daten-Frames von einem Port zu einem anderen im selben VLAN transportieren. Für Daten, die zwischen VLANs übertragen werden müssen – auch bekannt als Inter-VLAN Routing –, ist jedoch ein Gerät erforderlich, das IP-Pakete routen kann. Bei der Verwendung von Layer 2 Switches wird dieser Schritt häufig durch einen externen Router mit einer One-armed-Architektur durchgeführt. Ein One-Armed Router leitet den Datenverkehr zwischen VLANs weiter.

Bei großen Netzwerken mit mehreren VLANs und viel Routing zwischen ihnen ist es oft einfacher und effizienter, die Funktionen eines Layer 2 Switches und eines Routers in einem einzigen Hardware- und Softwaregerät zu kombinieren. Genau das macht ein Layer 3 Switch.

Anstatt sich auf ein externes Gerät zu verlassen, um den Traffic zwischen VLANs zu routen, kann ein Layer-3-Switch so konfiguriert werden, dass er dies über seine eigene interne Switching Backplane erledigt. In LANs, die eine Routing-Komponente benötigen, reduziert ein Layer-3-Switch daher die Anzahl der Netzwerkgeräte und erhöht die Leistung im Vergleich zu One-Armed-Designs, die auf eine externe Routing-Komponente angewiesen sind.

Moderne Layer 3 Switches bieten deutlich mehr als nur Inter-VLAN-Routing. Sie unterstützen häufig fortgeschrittene Routing-Protokolle und SDN-Funktionen (Software-Defined Networking). Dies ermöglicht eine bessere Integration in moderne Netzwerkarchitekturen und vereinfacht die Netzwerkorchestrierung und Netzwerkautomation. Viele Enterprise-Switches verfügen zudem über umfangreiche APIs zur Programmierung und Automatisierung von Netzwerkfunktionen.

3. PoE-Switches (Power over Ethernet)

Power over Ethernet (PoE) bezeichnet Verfahren, um Strom im Niederspannungsbereich über die gleiche Twisted-Pair-Kupferverkabelung zu transportieren, die auch für die Übertragung und den Empfang von Daten genutzt wird. Diese Funktion wird zur Stromversorgung von drahtlosen Access Points (AP), IP-Telefonen und zahlreichen IoT-Geräten verwendet.

Wenn PoE in keiner Weise erforderlich ist, sind Switches ohne PoE eine kostengünstigere Option. Für alle, die PoE benötigen, sind jedoch ein paar zusätzliche Schritte notwendig, um sicherzustellen, dass PoE-Endpunkte ausreichend mit Strom versorgt werden.

Die PoE-Standards, die vom IEEE vorgegeben werden, legen die maximale Wattzahl fest, die man über Kupferkabel übertragen kann. Je nach Endpunkt kann mehr oder weniger Leistung erforderlich sein. Ein typisches IP-Telefon lässt sich zum Beispiel über einen PoE-Port mit Strom versorgen, der bis zu 15,4 Watt (W) übertragen kann. Andererseits können moderne APs, die Wi-Fi 6 und Wi-Fi 6E beherrschen, wesentlich mehr Strom für den Betrieb benötigen. Daher reicht ein PoE-Switch nicht aus, der nur die Standards nach IEEE 802.3af unterstützt.

PoE++ (IEEE 802.3bt) gewinnt insbesondere im Kontext moderner Infrastrukturen zunehmend an Bedeutung. Neue Access Points für Wi-Fi 6E und Wi-Fi 7, Pan-Tilt-Zoom Kameras und IoT-Gateways benötigen oft eine höhere Leistung von bis zu 90W. Dies sollte bei der Planung neuer Netzwerke berücksichtigt werden, um zukünftige Upgrade-Pfade offen zu halten.

In der folgenden Tabelle finden Sie eine Liste der PoE-Standards mit der maximalen Wattzahl, die bereitgestellt werden kann:

4. Fixed, Modular und Stackable Switches

Physisch gesehen gibt es drei verschiedene Arten der Hardwarekonfiguration von Netzwerk-Switches:

1. Fixed Switches: Bei Fixed Switches sind Ports, Schnittstellen, Stromversorgung und Lüfter fest vorgegeben und können nicht geändert, hinzugefügt oder modifiziert werden. Außerdem lassen sich Fixed Switches nicht auf andere Switches stapeln, um einen einzigen logischen Switch zu bilden, über den man sie verwalten kann.
2. Stackable Switches: Stackable, also stapelbare Switches sind Fixed Switches, die über eine Backplane-Kabelschnittstelle verfügen. Darüber lassen sich dann mehrere Switches miteinander verbinden, um einen einzigen logischen Switch aus zwei oder mehr physischen Switches zu erstellen. Auf diese Weise kann die Geschwindigkeit des Datentransports von Switch zu Switch erhöht und das Management des Stacks vereinfacht werden, da mehrere physische Switches wie ein einziger Switch verwaltet werden. Einige Stackable Switches können auch die Stromversorgung zwischen den einzelnen Stacks gemeinsam nutzen. Somit kann ein Switch im Stack bei einem Ausfall der Stromversorgung seinen Betrieb fortsetzen, indem er nicht benötigte Stromkapazität von anderen Switches im Stack verwendet.
3. Modular Switches: Modular Switches oder Chassis-basierte Switches bieten die Möglichkeit, Switch-Karten in ein großes Gehäuse mit festem Formfaktor einzusetzen, das zwei oder mehr Karten aufnehmen kann. Dieser Switch-Typ bietet die größte Flexibilität und Aufrüstbarkeit, da die Switch-Schnittstellen je nach Bedarf ausgetauscht werden können. Wenn eine Karte in einem Modular Switch ausfällt, kann zudem ein Techniker vor Ort die defekte Karte im laufenden Betrieb ersetzen, ohne den gesamten Switch deaktivieren zu müssen. Darüber hinaus ist es bei Modular Switches üblich, dass man die Stromversorgung und Lüfter austauschen kann, wenn Upgrades erforderlich sind oder es zu Ausfällen kommt.

Neue Technologien und Trends

• Multi-Gigabit Ethernet: Moderne Switches unterstützen zunehmend Multi-Gigabit-Ethernet mit Geschwindigkeiten von 2,5, 5 und 10 Gigabit über Standard-Kupferverkabelung. Dies ist besonders wichtig für Hochleistungs-Workstations, Server und moderne Wi-Fi 6/6E/7 Access Points, die mehr Bandbreite als herkömmliches Gigabit-Ethernet benötigen.
• Cloud-Management: Enterprise Switches verfügen heute standardmäßig über Cloud-Management-Fähigkeiten. Dies erlaubt eine zentrale Verwaltung, Überwachung und Konfiguration über das Internet, vereinfacht das Management verteilter Standorte und ermöglicht die schnelle Bereitstellung neuer Switches durch Zero-Touch-Provisioning.
• Automatisierung und Programmierbarkeit: Moderne Switches bieten umfangreiche APIs und unterstützen verschiedene Automatisierungstools. Dies ermöglicht die Integration in DevOps-Workflows, die Automatisierung von Konfigurationsänderungen und die Orchestrierung komplexer Netzwerkumgebungen. Netzwerkadministratoren können so repetitive Aufgaben automatisieren und die Effizienz des Netzwerkmanagements steigern.

Hinweis: Dieser Artikel wurde ursprünglich von Andrew Froehlich verfasst und von der ComputerWeekly-Redaktion aktualisiert, um Branchenveränderungen widerzuspiegeln und das Leseerlebnis zu verbessern.