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Verbindung mehrerer Ethernet-Switches

Charlene

Übersetzer*in Felix
17. Januar 2020

Normalerweise kombinieren wir mehrere Ethernet-Switches miteinander, um unsere Anforderungen (Anzahl der Ports, bestimmte Funktionen usw.) zu erfüllen, falls ein Switch dies nicht kann. Aber wie verbindet man mehrere Ethernet-Switches im Netzwerk? Grundsätzlich gibt es drei Haupttechnologien: Stacking (Stapeln), Cascading (Kaskadieren) und Clusterinig (Gruppenbildung). In diesem Artikel werden diese drei Technologien und die beste Art und Weise der Verbindung von Switch zu Switch erläutert.

Verbinden mehrerer Ethernet-Switches durch Switch-Cascading

Cascading ist eine traditionelle Methode zur Verbindung mehrerer Ethernet-Switches, die verschiedene Methoden mit unterschiedlichen Netzwerktopologien umfasst. Durch Cascading von mehr als einem Switch zusammen können Benutzer mehrere Ports nutzen, die jeden der Switches miteinander verbinden, die alle unabhängig voneinander in der Gruppe konfiguriert und verwaltet werden können. Im Kaskadennetzwerk der Switches sind die Daisy-Chain-Topologie und die Stern-Topologie zwei gängige Methoden.

Daisy-Chain-Topologie

Die Daisy-Chain-Topologie verbindet, wie der Name schon sagt, jeden Schalter in Reihe (Chain) mit dem nächsten wie die Blütenblätter eines Gänseblümchens (Daisy). Es ist die einfachste Möglichkeit, weitere Switches in einem Netzwerk hinzuzufügen. Die Struktur von Daisy-Chain-Netzwerk-Switches kann linear sein (wobei die Switches an beiden Enden nicht verbunden sind, Abbildung 1), was einfach als A-B-C beschrieben werden kann. Sie kann aber auch kreisförmig sein (wobei die Switches an beiden Enden nicht verbunden sind, Abbildung 2), was wiederum als A-B-C-D-E-F-A beschrieben werden kann.

linear topology.png

Abbildung 1: Daisy-Chain-Switches mit linearer Topologie


ring topology.png

Abbildung 2: Daisy-Chain-Switches mit Ring-Topologie

Eine lineare Daisy-Chain-Topologie ist für nicht mehr als drei Ethernet-Switches in Ordnung, da es hier keine Schleife gibt. Sie besitzt jedoch Nachteile beim Ausfall von Switches aufgrund fehlender Redundanz. In einer linearen Topologie müssen Daten in einer Richtung von einem Switch zum anderen übertragen werden. Wenn ein Netzwerk-Switch ausfällt, werden auch die anderen mit hineingezogen. Im Allgemeinen sind lineare Daisy-Chain-Netzwerke weniger flexibel, ähnlich wie elektrische Reihenschaltungen, bei denen sich eine Unterbrechung auf andere verbundene Elemente auswirkt.

Bei mehr als drei Ethernet-Switches ist die Ring-Topologie die bessere Lösung. Sie ermöglicht eine bidirektionale Übertragung, bei der Daten in beide Richtungen gesendet werden. Wenn der Ring bei einer bestimmten Verbindung abreißt, kann die Übertragung über den umgekehrten Pfad gesendet werden, wodurch sichergestellt wird, dass im Falle eines einzigen Ausfalls immer alle Switches zusammengeschaltet sind. In der Ringtopologie sind Daisy-Chaining-Switches jedoch unausweichlich, wodurch eine Schleife entsteht, die zu Broadcast-Storms und Netzwerküberlastung führen kann. Stellen Sie also besser sicher, dass Ihr Netzwerk-Switch STP (Spanning Tree Protocol) unterstützt, um das Schleifenproblem zu lösen.

Stern-Topologie

In einer Stern-Topologie sind alle Switches in einem Netzwerk über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit einem Core-Switch verbunden. Auf diese Weise werden Informationen vom zentralen Switch zum Zielknoten übertragen, wobei jede Kommunikation zwischen zwei Switches in einem Stern-Netzwerk von einem zentralen Switch gesteuert wird. Die Stern-Topologie wird häufig verwendet, um mehrere Gigabit-Switches miteinander zu verbinden.

star topology.png

Abbildung 3: Link Access Switches zum Core zur Bildung einer Stern-Topologie

Bei der Verbindung von Gigabit-Switches über Stern-Topologie fungiert häufig ein leistungsstarker Switch (z. B. 40G-Switch) als Core, der dann die Verbindung zu den Access-Switches (z. B. 10G-Switches) herstellt. In diesem Szenario tritt keine Schleife auf, und alle Access-Switches befinden sich viel näher am zentralen Switch.

Verbinden mehrerer Ethernet-Switches über Switch-Stack

Der Switch-Stack ist die Kombination mehrerer Switches, die zusammen arbeiten, um möglichst viele Ports zur Verfügung zu stellen. Mehrere Switches werden gestapelt, um eine Stack-Einheit zu bilden. Wenn mehrere Switches zusammengestapelt werden, ergibt sich die Port-Dichte einer Stack-Einheit aus der Summe der kombinierten Ports, wodurch die Netzwerkkonnektivität erheblich gesteigert wird. Stapeln Sie z. B. zwei Stackable Gigabit-Switches vom Typ S3900-24T4S zusammen, die dann eine Portdichte von 48 1GbE bieten können und auf der Basis eines einzigen Switch-Stacks fast die doppelte Switching-Kapazität erreichen. In der Regel können die Switches der S3900-Serie bis zu 6 gestapelte Switches unterstützen.

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Abbildung 4: Sechs S3900-24T4s-Switches gestapelt

Verbinden mehrerer Ethernet-Switches über Switch-Cluster

Switch-Cluster können die mehreren miteinander verbundenen Switches als ein einziges logisches Gerät verwalten. Switch-Cascade und -Stack sind Voraussetzungen für Cluster. In einem Cluster gibt es normalerweise nur einen administrativen Switch, einen so genannten Command-Switch, der andere Switches verwalten kann. In einem Netzwerk benötigen diese Switches nur eine einzige IP-Adresse für den Command-Switch, was wertvolle Ressourcen für IP-Adressen spart.

switch cluster.png

Abbildung 5: Ein Command-Switch und mehrere Member-Switches in einer Switch-Cluster-Einheit

Welches ist der beste Weg, mehrere Ethernet-Switches zu verbinden?

Herkömmliche Cascading-Ethernet-Switches (Daisy-Chain-Topologie oder Stern-Topologie) sowie fortschrittliches Switch-Stacking und Switch-Clustering sind drei Möglichkeiten, um mehrere Netzwerk-Switches miteinander zu verbinden. Welche ist also die beste? Zunächst müssen Sie die Unterschiede kennen. Die nachstehende Tabelle zeigt die Unterschiede zwischen Switch-Cascade vs. Switch-Stack vs. Switch-Cluster.

Switch-Cascading Switch-Stacking Switch-Clustering
Anzahl angeschlossener Switches Keine Einschränkung Begrenzt Begrenzt
Bandbreite Keine Erhöhung Deutlicher Anstieg Dies hängt davon ab, ob Sie Switch-Kaskadierung für das Clustering oder Switch-Stacking dafür verwenden. Die Bandbreite der Clustering-Einheit entspricht der der Stacking-Einheit oder der Cascading-Einheit
Verwaltung von Member-Switches Separat verwaltet Als Gesamtheit durch Haupt-Switch verwaltet Als Gesamtheit durch Command-Switch verwaltet
Anforderung an den Switch-Hersteller Keine Anforderungen an Herstellung und Typen Stapelbar mit gleichen Modellen vom gleichen Hersteller Switches aus dem Support-Cluster desselben Herstellers
IP-Adresse Jeder Switch hat eine IP-Adresse Alle Switches teilen sich eine einzige IP-Adresse Nur eine IP-Adresse für Command-Switch

Wie aus der Tabelle hervorgeht, haben die drei Methoden alle ihre jeweiligen Vor- und Nachteile. Daher sollte sich die Art und Weise, wie mehrere Ethernet-Switches miteinander zu verbinden sind, nach Ihren speziellen Anwendungen richten.

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