Was sind Data Center Switches?

Beim Kauf von Switches für Ihr Netzwerk gilt es einiges zu beachten. So bieten neuere Data Center Switches mehr Flexibilität und Durchsatz.

Die Wahl der geeigneten Switches für Ihr Rechenzentrum ist sicher keine einfache Aufgabe angesichts der Anzahl der Anbieter und der Menge an sich widersprechenden Informationen im Markt. Diese vierteilige Reihe soll Sie beim Beschaffungsprozess von Rechenzentrums-Switches für unterschiedliche Stellen in Ihrem Netzwerk hilfreich begleiten. Dieser erste Teil behandelt die Grundlagen, um herkömmliche und neuere Data Center Switches zu beschreiben. 

Teil zwei betrachtet die Typen von Rechenzentrumsarchitekturen, die von aufkommenden Rechenzentrums-Switches profitieren, und blickt auf spezifische Bereitstellungsszenarien. Der dritte Teil bietet Funktionen, Leistungsmetriken und Einkaufskriterien, die für eine Anbieterausschreibung benötigt werden. So stellen Sie sicher, dass Sie den Switch für Ihre Anforderungen finden. Teil vier schließlich vergleicht führende Data Center Switches anhand der Einkaufskriterien, um Ihnen dabei zu helfen, die besten Switches für Ihre Umgebung auszuwählen.

Bevor Sie sich entscheiden, Switches für Ihr Rechenzentrum zu kaufen, berücksichtigen Sie zunächst, was Ihr Netzwerk braucht und an welchen Stellen. Netzwerk-Switches fallen in vier Hauptkategorien: solche, die in das klassische Drei-Ebenen-Modell für Unternehmensnetzwerke passen, und neuere Data Center Switches. Letztere werden aktuell überwiegend von großen Firmen und Cloud-Providern genutzt, die in hohem Maße auf Virtualisierung setzen. Diese neueren Switches besitzen Dichte- und Leistungseigenschaften, die überall im Rechenzentrum bereitgestellt oder eingesetzt werden können, um eine Flat-Mesh- oder Fabric-Architektur mit zwei Ebenen (Leaf-Spine-Topologie) oder einer Ebene festzulegen.

Von Netzwerk-Administratoren hören Sie mitunter Aussagen wie „Ein Switch ist nur ein Switch, egal wer ihn herstellt“. In mancher Hinsicht stimmt das, in anderer Weise wiederum eher nicht.

Alle Switches verfügen über eine grundlegende Funktionalität. Sie umfasst die Verwaltung einer MAC-Tabelle (Media Access Control) für die Zuordnung von Adressen zu Ports. Sie wird verwendet, um Frames von den richtigen Ports intelligent an die gewünschten Ziele weiterzuleiten. Außerdem nutzen alle Switches auf Standards basierende Protokolle, um den Traffic zu segmentieren. Dazu kommen das Konzept von virtuellen lokalen Netzwerken (VLAN), 802.1q-Trunks und die 802.3ad-Portaggregation zum Einsatz. Sie verhindern darüber hinaus Netzwerkschleifen, indem sie eine der vielen Varianten des Spanning Tree Protocol 802.1d nutzen.

Doch wenn Sie einen Blick unter die Haube werfen, sehen Sie, dass unterschiedliche Typen von Switches einmalige Eigenschaften besitzen. Diese optimieren, bei richtiger Verwendung, das Netzwerk als Ganzes besser. Der einfachste Weg, diese Unterschiede zu betrachten, besteht darin, die Switches in das folgende bekannte Drei-Ebenen-Konzept (Three Tier) für Unternehmensnetzwerke zu unterteilen:

  • Core Switches
  • Distribution Switches
  • Access Switches

Abbildung 1: Das Drei-Ebenen-Netzwerkmodell

Beachten Sie den pyramidenartigen Aufbau der Drei-Ebenen-Architektur. Core Switches sind mit anderen Core Switches verbunden bis hinunter zur Distribution-Ebene. Die Distribution-Ebene befindet sich zwischen der Core- und der Access-Ebene. Die Access-Ebene verbindet die gesamte Struktur mit Endgeräten wie Computern, Druckern und Servern.

Die Aufgaben und Auslastungen können für Switches in verschiedenen Ebenen unterschiedlich ausfallen. Obwohl alle Switches universelle Funktionen wie MAC-Tabellen, Spanning-Tree-Unterstützung und Trunking gemein haben, besitzen sie auch exklusive Eigenschaften, die nur innerhalb dieser Netzwerkebene zum Tragen kommen.

Core Switches

Der Core Switch ist am einfachsten zu verstehen. Bei Core Switches dreht sich alles um Geschwindigkeit. Stimmt das Design, sind die einzigen Aufgaben, die ein Core Switch durchführen sollte, Routing auf Layer 3 (der Netzwerk- oder Vermittlungsschicht) und Switching auf Layer 2 (Data Link Layer oder Datenverbindungsschicht genannt, die Daten über die physikalischen Links eines Netzwerks befördert).

Core Switches transportieren Pakete und Frames mit hohem Durchsatz und hoher Leistung. Pakete und Frames werden einfach von einem Core Switch zu einem anderen Core Switch übertragen und schließlich zur nächsten Switch-Ebene – der Distribution-Ebene.

Distribution Switches

Die Distribution-Ebene unterstützt neue spezielle Switching-Anforderungen und übernimmt den Großteil der Arbeit in jedem Unternehmensnetzwerk.

In erster Linie werden Distribution Switches verwendet, um die Core- und Access-Ebene im Netzwerk miteinander zu verbinden. Wenn Daten von einem Distribution Block zu einem anderen transportiert werden müssen, schiebt der Switch diese Daten hoch zu den Core Switches, die den optimalen Pfad zum Ziel-Switch der Distribution-Ebene kennen.

Zweitens verbinden Distribution Switches auch alle Switches der Access-Ebene miteinander. Weil es so viele Verbindungen in einem Netzwerk gibt, verfügen Distribution Switches über eine höhere Portdichte als Core Switches, die weit weniger Verbindungen zu anderen Switches aufweisen.

Letztlich und am wichtigsten: Distribution Switches erzwingen alle Formen von Netzwerkrichtlinien. Zugriffslisten werden auf der Distribution-Ebene konfiguriert und implementiert, um Traffic von einem Netzwerk zu einem anderen zu erlauben oder zu verweigern. Hier finden sich ebenfalls Quality-of-Service-Richtlinien, um Pakete zu priorisieren und sie für den optimalen Transport von zeitkritischen Informationen in vordefinierte Warteschlangen einzureihen. Zusätzlich zur Portdichte müssen Switches der Distribution-Ebene über ausreichend CPU-Geschwindigkeit und Speicher verfügen, um alle Aufgaben mit voller oder annähernder Leitungsgeschwindigkeit auszuführen.

Access Switches

Am unteren Ende des klassischen Drei-Ebenen-Designs für Switches befindet sich die Access-Ebene.

Switches der Access-Ebene sind die einzigen, die direkt mit Geräten der Endanwender interagieren. Da ein Access Switch die Mehrheit der Geräte mit dem Netzwerk verbindet, besitzt die Access-Ebene üblicherweise die höchste Portdichte aller Switch-Typen.

Trotz der großen Portanzahl besitzen Access Switches in der Regel jedoch den geringsten Durchsatz pro Port unter allen Switches. Zum Beispiel bieten die meisten modernen Access Switches eine Ethernet-Kupferverbindung mit 10/100/1000 MBit/s zu Endgeräten. Im Gegensatz dazu nutzen Switches der Core- und Distribution-Ebene gewöhnlich Glasfaser-Ports zwischen 10 GBit/s und 100 GBit/s.

In Bezug auf CPU und Rohdurchsatz befinden sich Access Switches demnach am unteren Ende der Skala. Aber diese Switches bieten viele Funktionen, die speziell auf Endgeräte zugeschnitten sind und die die oberen Ebenen nicht benötigen. Beispielsweise unterstützen Access Switches im Allgemeinen Power over Ethernet (PoE), so dass sich darüber viele Endpunktgeräte mit Strom versorgen lassen, einschließlich drahtloser Access Points und Überwachungskameras.

Außerdem sind Access Switches in puncto Sicherheit besser in der Lage, mit Endpunkten zu interagieren. Dinge wie Portsicherheit, 802.1X-Authentifizierung und weitere Sicherheitsmechanismen sind direkt in die Software für Access Switches eingebaut.

Änderungen im Design von Rechenzentren beeinflussen Switches

Das Drei-Ebenen-Design verbindet Geräte und Schichten in einer Unternehmensinfrastruktur mit hoher Skalierbarkeit. Noch vor wenigen Jahren wurden nur Access Switches eingesetzt, um Server mit dem Rest des Netzwerks zu verbinden. Das geschah mit den gleichen 1-GbE-Ports (Gigabit Ethernet), die Desktop-Rechner oder Netzwerkdrucker nutzen. Mit der Zeit brachten allerdings Änderungen in der Architektur von Rechenzentrumsservern – ausgelöst durch Entwicklungen wie Storage Area Networks (SAN) und das fortgesetzte Wachstum der Virtualisierung – eine neue Art von Hochleistungs-Switches mit sich. Wir sprechen hierbei von Data-Center- oder Rechenzentrums-Switches.

Diese Switches bieten die benötigte physikalische Portkapazität und den Portdurchsatz, um sowohl mit Nord-Süd-Traffic als auch mit Ost-West-Traffic umzugehen. Sie ermöglichen die Konnektivität über das Standard-LAN-Ethernet-Protokoll sowie über SAN-Protokolle, zum Beispiel Fibre Channel over Ethernet (FCoE) und über den herkömmlichen Fibre Channel. In die Hardware und Software von Data Center Switches sind erweiterte Hochverfügbarkeits- und Fehlertoleranzsysteme integriert. 

Das ermöglicht eine bessere Verfügbarkeit für geschäftskritische Anwendungen. Zudem bieten sie eine signifikant höhere Bereitstellungsflexibilität mit Kompatibilität für eine Top-of-Rack- und End-of-Row-Konfiguration. Schließlich lassen sich alle Komponenten eines verteilten Data Center Switches zur leichteren Bedienung von einer einzigen Management-Schnittstelle aus verwalten.

Im zweiten Teil erfahren Sie, wie Ihre Umgebung von einem Rechenzentrums-Switch profitieren kann.

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