Die Unterschiede zwischen Layer 2- und Layer 3-Switches verstehen

Moderne Netzwerke basieren in hohem Maße auf Switches, die eine einfache Kommunikation innerhalb und zwischen verschiedenen Netzwerken ermöglichen. Doch jeder Netzwerkbetreiber weiß, dass nicht alle Switches aus demselben Holz geschnitzt sind. Die Auswahl des richtigen Switch-Typs für Ihr Netzwerk kann dessen Leistung, Skalierbarkeit und Funktionalität ausmachen oder beeinträchtigen. Dieser Artikel beschreibt die wichtigsten Unterschiede zwischen Layer-2- und Layer-3-Switches, indem er ihre Fähigkeiten und Anwendungsfälle untersucht. IT-Experten, die komplexe Infrastrukturen verwalten, sowie Geschäftsbetreiber, die zuverlässige Netzwerklösungen Sie können von diesen Informationen profitieren. Lesen Sie weiter, um mehr über die Feinheiten dieser Systeme und ihren Beitrag zu einem robusten und effizienten Netzwerk zu erfahren.

Was ist ein Layer-2-Switch und wie funktioniert er?

Wie nutzen Layer-2-Switches MAC-Adressen?

Layer-2-Switches arbeiten mit MAC-Adressen (Media Access Control) und senden Datenframes im selben lokalen Netzwerk. Jedes an den Switch angeschlossene Gerät hat eine eindeutige MAC-Adresse. Der Switch verwaltet eine MAC-Adresstabelle, indem er sich die Quell-MAC-Adressen der Frames merkt, die an seinen Ports eingehen. Wenn Frames von einem Switch empfangen werden, muss dieser in seiner MAC-Adresstabelle nachschlagen, um zu bestimmen, über welchen Port der Frame gesendet werden soll, damit er immer an den richtigen Ort gelangt. Wenn die Tabelle die Ziel-MAC-Adresse nicht enthält, wird der Switch automatisch benachrichtigt, wenn der Frame an den richtigen Port gesendet wird. Der Switch überflutet alle Ports mit dem Frame. mit Ausnahme der Adresse, auf der es empfangen wurde, um die Verbreitung der MAC-Adresstabelle zu ermöglichen.

Was macht die Datenverbindungsschicht beim Layer-2-Switching? 

Die Datenverbindungsschicht oder Schicht Zwei gemäß dem OSI-Modell ist für das Layer-Two-Switching von wesentlicher Bedeutung. Diese Schicht führt eine Funktion aus, die als Framing bezeichnet wird – die Organisation von Bits aus der physischen Schicht in verwaltbare Einheiten, die als Frames bezeichnet werden. Diese Frames enthalten die erforderlichen Adressierungsinformationen, z. B. MAC-Adressen (Media Access Control), die Schlüssel zum Schalter Fähigkeit, Weiterleitungsentscheidungen zu treffen.

Außerdem ist eine der wichtigsten Aufgaben der Datenverbindungsschicht bezüglich Layer-2-Switching erfolgt durch Fehlererkennungsmethoden wie Cyclic Redundancy Check (CRC). Dies trägt dazu bei, die Integrität von Frames aufrechtzuerhalten, die über das Netzwerk übertragen werden. Darüber hinaus implementiert diese Schicht eine Flusskontrolle, um sicherzustellen, dass der Switch nicht gleichzeitig mit Daten aus zu vielen Quellen überflutet wird, was die Netzwerkeffizienz weiter verbessert.

In der heutigen Zeit Layer 2 Switch Technologie hat die Verwendung erweiterter Datenverbindungsprotokolle wie VLAN (Tagging) integriert, das im Standard IEEE 802.1Q beschrieben ist. Ein VLAN bietet eine logische Segmentierung der Datenverbindungsschicht und trägt so zur Netzwerkskalierbarkeit bei, indem es Überlastungen reduziert und Broadcast-Domänen durch die Verwendung von MAC-Adressen der Schicht 2 isoliert.

Ein Layer-2-Switch verwendet spezielle Prozessoren, sogenannte ASICs (Application Specific Integrated Circuits), um die Frame-Weiterleitung mit sehr hoher Geschwindigkeit zu handhaben. Das Echtzeit-Switching dieser ASICs basiert auf einer Entscheidungslogik unter Verwendung der von der Datenverbindungsschicht verwalteten MAC-Adresstabellen. Die vorhandenen Netzwerke zeigen, dass Layer-2-Switches in der Lage sind, Millionen von Frames pro Sekunde mit sehr geringer Latenz und hohem Durchsatz zu unterstützen, zwei wichtige Kennzahlen für Anwendungen wie Video-Streaming und VoIP-Kommunikation.

Da sowohl die physische Adressierung als auch die Fehlererkennung auf der Datenverbindungsschicht durchgeführt werden, ist das Layer-2-Switching effizienter und für den Aufbau von Hochgeschwindigkeits-LANs (Local Area Networks) optimiert.

Wie verbessern VLANs die Leistung eines Layer-2-Switches?

Virtuelle lokale Netzwerke (VLANs) verbessern die Effizienz von Layer-2-Switches, indem sie ein einzelnes großes Netzwerk in kleinere, besser verwaltbare Segmente aufteilen, was die Sicherheit und Effizienz verbessert. Administratoren können Geräte unabhängig von ihrem physischen Standort nach Abteilung oder Funktion gruppieren. Diese Segmentierung senkt den Broadcast-Verkehr, reduziert Überlastungen und verbessert die Ressourcennutzungseffizienz im Netzwerk. VLANs verbessern die Buchhaltungssicherheit noch weiter, indem sie vertrauliche Informationen von Daten trennen und deren Zugriff auf nur diejenigen beschränken, die dazu berechtigt sind. VLANs verbessern die Leistung und die Verwaltung des Layer-2-Switches, indem sie ein flexibles und skalierbares Netzwerkdesign ermöglichen.

Wie unterscheidet sich ein Layer-3-Switch von einem Layer-2-Switch?

Was sind die Hauptunterschiede zwischen Layer-2- und Layer-3-Switches? 

Sowohl Layer-2- als auch Layer-2-Switches bilden den Kern der Infrastruktur eines jeden Netzwerks und haben bestimmte Funktionen, die ihren Schichten im Open Systems Interconnection (OSI)-Modell entsprechen. Ein Layer-2-Switch fungiert auf der Datenverbindungsschicht (Layer XNUMX) und ist für die Weiterleitung des Datenverkehrs über MAC-Adressen zuständig. Solche Switches unterstützen kein Routing zwischen Netzwerken und verwenden daher MAC-Adresstabellen für Switching-Entscheidungen. Das bedeutet, dass Layer-XNUMX-Switches hervorragend für den Aufbau und die Verwaltung lokaler Netzwerke (LANs) mit extrem schnellen Kommunikationsverbindungen geeignet sind. 

Ein Layer-2-Switch ist neben einem Layer-3-Switch auch ein intelligenter Switch, der auf der Datenverbindungsschicht und der Netzwerkschicht (Schicht 3) arbeitet. Er kann auch routen, das heißt, er kann IP-Adressen verwenden, was Routing und Kommunikation zwischen VLANs sowie Routing zwischen mehreren Subnetzen ermöglicht. Layer-3-Switches können außerdem sowohl als Switches als auch als Router fungieren. Sie verfügen über Routing-Protokolle, beispielsweise OSPF, EIGRP oder BGP, mit denen sie Routing-Aufgaben ausführen können. Dies ist der Hauptgrund, warum sie sich ideal für größere, komplexe Netzwerke eignen, in denen eine gute Kontrolle des Datenverkehrs zwischen verschiedenen Netzwerkregionen erforderlich ist.

Da Layer-3-Switches eine mittlere Leistung für die Routing-Funktionalität innerhalb des Netzwerks bieten, sind sie besser als herkömmliche Router. Sie verwenden eine Kombination aus hardwarebasiertem Switching und Routing. Moderne Layer-3-Switches haben beispielsweise eine geringere Latenz und können Millionen von Paketen durch AASIC-Hardwarebeschleunigung (Application-Specific Integrated Circuit) verarbeiten. Dies ist wichtig in Rechenzentrumsnetzwerken oder Netzwerken auf Unternehmensebene, die einen hohen Durchsatz und geringe Latenz erfordern. 

Layer-2-Switches hingegen sind wirtschaftlicher und einfacher zu implementieren, sodass sie sich für weniger komplexe Netzwerke oder Edge-Geräte eignen. Layer-3-Switches sind aufgrund ihrer erweiterten Funktionalität teurer und daher für große Netzwerke mit komplexen Leistungs- und Interkonnektivitätsanforderungen unverzichtbar. Die Kenntnis dieser Unterschiede ist für Netzwerkadministratoren weiterhin wichtig, um Netzwerkarchitekturen zu entwerfen, die Kosten, Skalierbarkeit und Funktionalität optimieren.

Welchen Einfluss haben Routing-Protokolle auf Layer-3-Switching? 

Routing-Protokolle sind für den Betrieb von Layer-3-Switching wichtig, da sie großen Einfluss auf die Strategie der Kommunikation zwischen Netzwerken und die Entscheidungsfindung bei der Paketweiterleitung haben. Open Shortest Path First (OSPF) und Enhanced Interior Gateway Routing Protocol (EIGRP) ermöglichen das Lernen und Aktualisieren der Routing-Tabellen durch die Layer-3-Switches. Dieser Schritt verbessert die Datenübertragung im Netzwerk, indem er sicherstellt, dass die optimalen Pfade für die Datenübertragung ausgewählt werden. Darüber hinaus verringert diese Funktion den Bedarf an manuellen Konfigurationen und verbessert die Gesamtleistung des Netzwerkbetriebs, insbesondere in sehr flexiblen oder größeren Umgebungen. Mit diesen Protokollen können Layer-3-Switches flexibler auf Änderungen der Netzwerktopologie reagieren und eine unterbrechungsfreie Konnektivität bieten. 

Warum sollten Sie einen Layer-3-Switch einem Router vorziehen? 

Layer-3-Switches dienen in bestimmten Anwendungen und Szenarien als effektiver Ersatz für Router, beispielsweise wenn schnelles Inter-VLAN-Routing oder effizientes internes Verkehrsmanagement erforderlich ist. Layer-3-Switches kombinieren im Gegensatz zu normalen Routern den Layer-2-Switch mit dem Layer-3-Switch, was durch einen Mechanismus namens hardwarebasierte Paketweiterleitung zu einer schnelleren Datenverarbeitung führt. Diese Eigenschaft ist in Unternehmens- oder Campusnetzwerken von entscheidender Bedeutung, in denen geringe Datenzugriffsverzögerungen von hoher Priorität sind.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ist die Kosteneffizienz. Für Inter-VLAN-Routing in einem einzelnen LAN sind Layer-3-Switches normalerweise günstiger als High-End-Router. Für große Organisationen kann dies zu erheblichen Einsparungen bei den Infrastrukturausgaben führen und gleichzeitig die Anforderungen an die Verkehrstechnik erfüllen.

Neben der Skalierbarkeit ist dies ebenfalls wichtig. Viele Layer-3-Switches verfügen über eine hohe Portdichte sowie erweiterte OSPF-, BGP- und VRRP-Unterstützung. Diese Funktionen ermöglichen eine größere Anzahl von Knoten und eine effizientere Verwaltung komplizierter Verkehrstopologien. Darüber hinaus eignen sich Layer-3-Switches perfekt für konvergente Daten- und Sprachnetzwerke, in denen Multimediaanwendungen mit guter QoS (Quality of Service) bereitgestellt werden können.

Schließlich sind diese Switches aufgrund der geringeren Spezialausstattung und der Konsolidierung von Switching und Routing bei manchen Workloads tendenziell energieeffizienter als Router. Sie verbrauchen außerdem weniger und entsprechen den neuesten „Green Network“-Richtlinien, die mit herkömmlichen Netzwerken mithalten können. Daher sind diese Switch-Typen die erste Wahl in einem Unternehmensnetzwerk, das hohe Geschwindigkeiten, Skalierbarkeit und Kosteneffizienz im Vergleich zu herkömmlichen Routern erfordert.

Welche Aspekte müssen bei der Auswahl eines Layer 2- oder 3-Switches beachtet werden? 

Welchen Einfluss hat die Größe eines Netzwerks auf die Wahl des Switch-Typs? 

Die Größe des Netzwerks hat enorme Auswirkungen auf den zu wählenden Switch-Typ. In kleineren Netzwerken mit einer begrenzten Anzahl von Geräten ist ein Layer-2-Switch einfach zu verwenden, da er in einem lokalen Netzwerk (LAN) reibungslos funktioniert. Wenn das Netzwerk jedoch sehr groß ist und miteinander verbundene Subnetze oder VLANs erfordert, sollte ein Layer-3-Switch ausreichen. Dies liegt an seinen erweiterten Routing-Funktionen und erhöhten Fähigkeiten zur Verkehrsabwicklung. Im Vergleich zu Layer-2-Switches ist ein Layer-3-Switch in Bezug auf Skalierbarkeit und Leistung überlegen. Er kann ein wachsendes Netzwerk unterstützen und gleichzeitig die Kommunikationseffizienz in großen Räumen verbessern. 

Wie wirken sich die Funktionen verwalteter Switches auf die Leistung des Netzwerks aus? 

Die Funktionen von verwalteten Switches tragen aufgrund der größeren Kontrolle und Anpassung, die sie bieten, positiv zur Leistung bei. Mit diesen Switches ist das Verkehrsmanagement ausgefeilter. Beispielsweise kann Quality of Service (QoS) die Bereitstellung wichtiger Informationen garantieren, indem diese gegenüber weniger wichtigen Daten priorisiert werden. Verwaltete Switches bieten außerdem die Möglichkeit, das Netzwerk mit VLANs zu segmentieren, wodurch die Bandbreiteneffizienz verbessert und Überlastungen reduziert werden. Darüber hinaus wird die Sicherheit durch die Implementierung von Zugriffskontrolle und -überwachung verbessert, was bei der Identifizierung und Beseitigung verschiedener Bedrohungen hilft. Dank dieser Funktionen wird ein Gleichgewicht zwischen Leistung, Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und Optimierung in der komplexen Netzwerkumgebung gewährleistet.

Welche Unterschiede gibt es zwischen Layer 2 und Layer 3 hinsichtlich der Kosten? 

Die wirtschaftlichen Kosten von Layer-2- und Layer-3-Switches hängen von ihren jeweiligen zugrunde liegenden Funktionen ab, beispielsweise von an MAC-Adressen gebundenen Funktionen. Für lokale Netzwerke, die auf Broadcasting ausgerichtet sind, funktionieren Layer-2-Switches einwandfrei und sind kostengünstig. Diese Switches legen den Schwerpunkt auf die MAC-basierte Paketweiterleitung, was sie angesichts der weniger komplizierten erforderlichen Architektur recht erschwinglich macht. 

Die erweiterten Funktionen von Layer-3-Switches, wie z. B. Routing zwischen VLANs und die Verwaltung des Datenverkehrs über IP-Adressen, machen sie jedoch von vornherein deutlich teurer. Ihre Preise sind gerechtfertigt, wenn beispielsweise dynamische Intra-Domain-Routing-Protokolle wie OSPF oder BGP aktiviert werden, die in größeren, komplexeren Netzwerken, in denen effektive Leistung und Skalierbarkeit erforderlich sind, sehr nützlich sind. Derzeit können Layer-3-Switches 25-40 % mehr kosten als Standard-Layer-2-Switches, was vom jeweiligen Modell und den Funktionen des Geräts abhängt.

Darüber hinaus sollten auch die Kosten für Netzwerk-Switches berücksichtigt werden. In einigen Netzwerkkonfigurationen können Layer-3-Switches den Kauf zusätzlicher Router überflüssig machen, was die Kosten für einige Netzwerke ausgleichen kann. Andererseits kann ihre erweiterte Verarbeitung zusätzliches Fachwissen erfordern und ein höherer Stromverbrauch könnte unvermeidlich sein. Diese primären und wiederkehrenden Ausgaben müssen dem Wachstumspotenzial sowie der Mehrwertfunktionalität des Netzwerks innerhalb einer Organisation gegenübergestellt werden, damit umsichtige Entscheidungen getroffen werden können.

Wie kombinieren Cisco-Switches ihre Layer-2- und Layer-3-Operationen?

Was unterscheidet Cisco Layer 2-Switches von den anderen auf dem Markt?

Cisco Layer 2-Switches unterscheiden sich von anderen Switches auf dem Markt durch ihre Zuverlässigkeit, überlegene Leistung und hervorragenden Sicherheitsfunktionen. Sie sind darauf ausgelegt, effektives Switching für lokale Netzwerke (LANs) mit geringer Latenz und hohem Durchsatz zu ermöglichen. Die erweiterte Spanning Tree Protocol (STP)-Unterstützung von Cisco bietet eine effektive Schleifenerkennung mit Netzwerkstabilität. Darüber hinaus helfen erweiterte Sicherheitsfunktionen wie Portsicherheit und Zugriffskontrolllisten (ACLs) beim Schutz von Daten. Darüber hinaus sind sie aufgrund ihrer Skalierbarkeit und Konformität mit Industriestandards ideal für viele Netzwerktopologien.

Wie erfolgt die Integration von Layer-3-Routing-Funktionen in Cisco-Geräte?\n

Die Integration von Layer-3-Routing-Funktionen in Cisco-Geräte erfolgt durch den Einsatz von Multilayer-Switches und die Integration von Routern, die über die für Routing-Funktionen erforderlichen Hardware-Schaltkreise verfügen. Diese Geräte verwenden Routing-Tabellen zusammen mit Netzwerkprotokollen wie OSPF und EIGRP, um bevorzugte Routen für Datenpakete durch Netzwerke zu identifizieren. Cisco ermöglicht eine effektive Layer-3-Verarbeitung durch hardwarebasierte Weiterleitung, die geringe Latenz und überlegene Leistung garantiert. Dies wiederum ermöglicht die Kommunikation zwischen Subnetzen unter Wahrung der Netzwerkeffizienz und -sicherheit.

Beste Methoden zur Wartung und Steuerung von Layer 2- und Layer 3-Switches

Was sind die Richtlinien für die Konfiguration von VLANs auf Layer-2-Switches? 

Für eine effiziente Konfiguration von VLANs auf Layer-2-Switches ist die Beachtung der folgenden Tipps hilfreich: 

1. Planen Sie das VLAN-Design sorgfältig: Definieren Sie VLANs basierend auf organisatorischen Anforderungen wie Abteilungen oder Verkehrsarten, um eine bessere Segmentierung und Sicherheitskontrolle zu erreichen. 
2. Verwenden Sie standardmäßige beschreibende Namen: Für eine effektive Konfiguration und Verwaltung müssen VLANs eindeutige Namen zugewiesen werden, um die ständige Verwendung der Namenskonventionen *.1, *.2 usw. zu vermeiden. 
3. Ports strategisch VLANs zuweisen: Zugehörige Geräte sollten im selben VLAN gehalten werden, um unnötigen Broadcast-Verkehr zu reduzieren und die Netzwerkleistung zu verbessern. 
4. Aktivieren Sie Trunking, falls erforderlich: Trunk-Ports müssen so konfiguriert werden, dass der Datenverkehr mehrerer VLANs zwischen den Switches durchgelassen wird. Die ordnungsgemäße Kennzeichnung zur VBA-Identifizierung erfolgt mit 802.1Q für VLANs. 
5. Implementieren Sie die Zugriffskontrolle: Beschränken Personen außerhalb einer Organisation den VLAN-Zugriff mithilfe von Zugriffskontrolllisten (Access Control Lists, ACLs) oder anderen Sicherheitsmaßnahmen, damit vertrauliche Daten und Ressourcen geschützt sind? 
6. Dokumentkonfigurationen: Eine vollständige Dokumentation der VLAN-Informationen sollte übersichtlich geführt werden, um spätere Probleme problemlos beheben und bei Bedarf Änderungen vornehmen zu können. 
7. Testkonfiguration: Mithilfe von Netzwerktools oder -befehlen sollte überprüft werden, ob die konfigurierten VLANs wie gewünscht funktionieren. Außerdem sollte jedes erreichbare Gerät in der Lage sein, die konfigurierten Ports anzupingen. Ist dies nicht der Fall, muss der VLAN-Brief angezeigt werden. 

Durch das Befolgen der oben genannten Richtlinien wird eine effiziente Konfiguration für ein funktionierendes VLAN sichergestellt und gleichzeitig eine optimale Leistung des Netzwerks unterstützt.

Welche Schritte sind zum Einrichten von Routing-Tabellen auf einem Layer-3-Switch erforderlich? 

1. Aktivieren des VLAN-Routings auf dem Switch: Überprüfen Sie, ob Routing auf dem Layer-3-Switch unterstützt wird. Implementieren Sie den erforderlichen Befehl (z. B. IP-Routing auf Cisco-Geräten), um das Routing einzuschalten.
2. Den Schnittstellen IP-Adressen zuweisen: Weisen Sie den benötigten Switch-Schnittstellen oder VLAN-Schnittstellen (SVIs) auf dem Switch IP-Adressen zu. Jede Schnittstelle muss sich in einem anderen Subnetz befinden.
3. Statische Routenkonfiguration oder dynamische Routing-Protokolle: Für manuelles statisches Routing fügen Sie Routen hinzu, die aus dem erforderlichen Zielnetzwerk und der IP des nächsten Hops bestehen. Für dynamisches Routing implementieren Sie ein Protokoll wie OSPF oder EIGRP und richten es so ein, dass Routen automatisch verteilt werden.
4. Konfigurationsüberprüfung: Verwenden Sie Show-Befehle wie „show ip route“, um die Konfiguration der Routing-Tabelle zu überprüfen. Stellen Sie sicher, dass alle erforderlichen Netzwerke und Routen aufgelistet sind.
5. Durchführen von Kommunikationskonnektivitätsprüfungen: Führen Sie Tests wie Ping oder Traceroute durch, um die Kommunikationsfähigkeit zwischen verschiedenen Subnetzen zu überprüfen.

Diese Zeiger erleichtern das Einrichten von Routing-Tabellen auf einem Layer-3-Switch und garantieren, dass der Datenfluss zwischen den Subnetzen voll funktionsfähig ist.

Welche Tools unterstützen das Netzwerkmanagement von Layer-2- und Layer-3-Switches? 

Bei der Überwachung von Layer-2- und Layer-3-Switches nutze ich mehrere leistungsstarke Tools, um eine effektive Netzwerkfunktionalität zu erreichen. Netzwerkverwaltungstools wie Ciscos DNA Center oder SolarWinds Network Performance Monitor helfen bei der automatischen Konfiguration, Leistungsüberwachung und Fehlerbehebung. Darüber hinaus nutze ich spezielle Befehlszeilenschnittstellen (CLI) auf Switches, die die Möglichkeit bieten, das Gerät zu konfigurieren und die Einstellungen sofort zu überprüfen. Darüber hinaus helfen Protokollanalysatoren wie Wireshark dabei, das Vorhandensein von Unregelmäßigkeiten im Netzwerkverkehr festzustellen. Die detaillierten Funktionen dieser Tools erleichtern die Verwaltung einer stabilen und sicheren Netzwerkumgebung.

Häufig gestellte Fragen (FAQ) 

F: Worin unterscheiden sich Layer 2- und Layer 3-Switches voneinander?

A: Layer-2-Switches verwenden MAC-Adressen, um Weiterleitungen auf der Datenverbindungsschicht des OSI-Modells durchzuführen, und zwar nur innerhalb eines Netzwerksegments. Ein Layer-3-Switch hingegen leitet den Verkehr basierend auf den Netzwerkschnittstelleninformationen weiter. Layer-3-Switches unterscheiden sich von einfachen Layer-2-Switches, da sie auch auf der dritten Netzwerkschicht des OSI-Modells arbeiten. Da es mehr als ein VLAN und Subnetz gibt, können sie Routing zwischen diesen „Elementen“ durchführen. Das bedeutet, dass solche Switches nicht nur auf MAC-Adressen angewiesen sind, sondern auch IP-Adressen verwenden, um Entscheidungen zu treffen. Ein direkter Layer-2-Switch und ein Layer-Router werden zu einem Layer-3-Switch kombiniert, was die Netzwerkverwaltung ziemlich fortgeschritten macht, da er nicht nur die Switch-Frames steuert, sondern die Switches wie ein Mehrzweck-Router verwaltet.

F: Können Sie die Funktionsweise von Layer 2-Ethernet-Switches erklären?

A: Layer-2-Ethernet-Switches erstellen eine Tabelle mit MAC-Adressen gegenüber Switch-Ports, die mit dem Betrieb von Layer-Ethernet-Switches gestartet wird. Wenn der Switch einen Frame empfängt, sendet die Steuereinheit unter Verwendung der Ziel-MAC-Adresse einen Port, an den der Frame weitergeleitet werden soll. Dadurch ist es möglich, die Broadcast-Ethernet-Signale einzudämmen, ohne den MAC-Adresslernprozess einzuschränken, der die einzelne Steuernachrichtendomäne verarbeitet. Layer-2-Switches werden hauptsächlich zur VLAN-Konfiguration und zur Leistungsoptimierung durch Paketvermittlung verwendet.

F: Welche zusätzlichen Funktionen bietet ein Layer-3-Switch im Vergleich zu einem Layer-2-Switch?

A: Ein Layer-3-Switch führt eine Vielzahl anderer Funktionen aus, die ein Layer-2-Switch nicht bietet, wie beispielsweise die folgenden: 1. Für ein Inter-VLAN-Routing muss kein externer Router angeschlossen sein. 2. Statische und dynamische Routing-Protokolle (z. B. Morse, OBG) 3. Die Sicherheit der Netzwerkschnittstelle wird durch Zugriffskontrolllisten (ACLs) verbessert, die den Zugriff einschränken oder zulassen. Die Dienstgüte (QoS) basiert auf Informationen aus Layer 3 und Layer 4. 5. Verwaltung und Zuweisung von IP-Adressen mit DHCP 6. Diese Faktoren sowie die Handhabung des Datenverkehrs zwischen Subnetzen über die Anzahl der Ports schaffen den übergroßen Wert und die Funktionalität vieler komplexerer Netzwerke.

F: In welchen Fällen ist ein Layer-3-Switch gegenüber einem herkömmlichen Layer-2-Switch vorteilhaft? 

A: In diesen Szenarien wird ein Layer-3-Switch benötigt: 1. Wenn Ihr Netzwerk geroutete Kommunikation zwischen verschiedenen VLANs oder Subnetzen benötigt. 2. Wenn Sie die Netzwerklatenz durch Routing im Leitungstempo reduzieren möchten. 3. Wenn Sie durch die Verwendung von ACLs erweiterte Sicherheitsrichtlinien implementieren möchten. 4. Wenn Ihr Netzwerk mit verteiltem Routing statt zentralem Routing konzipiert werden muss. 5. Wenn Sie die Komplexität der Netzwerkverwaltung durch Zusammenführung von Switching und Routing reduzieren möchten. 6. Wenn Sie Routing basierend auf IP-Adressen innerhalb Ihrer Switching-Infrastruktur zulassen möchten. 

F: Ist es möglich, dass ein Layer-3-Switch in einem Netzwerk als Router fungiert?  

A: Ja, ein Layer-3-Switch kann in den meisten Fällen als Router fungieren, insbesondere in einem privaten Netzwerk. Layer-3-Switches können Routing-Aktionen zwischen VLANs und Subnetzen ausführen und sind dabei in der Regel schneller als herkömmliche Router. Bei WAN-Verbindungen oder detaillierteren Routing-Verfahren ist jedoch wahrscheinlich ein anspruchsvollerer dedizierter Router erforderlich. Die Entscheidung für L3-Switches oder -Router wird durch die jeweiligen Netzwerkgrenzen, Skalierungsanforderungen und den gewünschten Kompromiss zwischen Leistung und komplexen Routing-Vorgängen bestimmt.

F: Unterstützen verwaltete Layer 2-Switche VLANs?

A: Ja, verwaltete Layer-2-Switches unterstützen VLANs (Virtual Local Area Networks). Mit diesen Switches können Netzwerkadministratoren mehrere logische Netzwerke in einem einzigen physischen Netzwerk verwalten. Verwaltete Layer-2-Switches unterstützen VLAN-Tagging, das den Datenverkehr segmentiert und die Sicherheit verbessert. Allerdings wäre ein Layer-3-Switch oder -Router erforderlich, um den Datenverkehr zwischen VLANs zu routen. Layer-2-Switches können dies nicht, da sie die MAC-Adressgrenzen nicht verlassen und daher nicht zwischen Segmenten verschiedener Netzwerke routen können. 

F: Inwiefern unterscheiden sich Layer-3-Switches von Layer-2-Switches im Umgang mit ARP (Address Resolution Protocol)?

A: Layer-3-Switches sind proaktiver mit ARP als Layer-2-Switches. Layer-2-Switches leiten einfach ARP-Anfragen und -Antworten weiter. Im Gegensatz dazu verfügen Layer-3-Switches über ARP-Tabellen, die es ihnen ermöglichen, direkt auf eine ARP-Anfrage einer IP-Adresse zu antworten. Dies reduziert das Volumen des Broadcast-Verkehrs. Layer-3-Switches führen auch ARP-Proxying durch, bei dem sie ARP-Anfragen für Geräte beantworten, die sich in anderen Subnetzen befinden. Dies verbessert die Netzwerkkommunikation und reduziert die Zeit, die für das Routing zwischen VLANs benötigt wird.

F: Gibt es Layer 2- und Layer 3-POE-Switches?  

A: Ja, sowohl Layer-2- als auch Layer-3-Switches können Power over Ethernet (PoE) unterstützen. PoE ermöglicht die Stromversorgung vom Netzwerk zu Geräten wie IP-Telefonen, Access Points und Sicherheitskameras über das Ethernet-Kabel. Die Fähigkeit, PoE zu unterstützen, wird nicht durch die Schicht des Switches bestimmt, weder Layer 2 noch Layer 3. Beim Kauf von PoE-Switches muss man sich für das gewünschte Strombudget sowie die Anzahl der erforderlichen PoE-Ports entscheiden, sei es für Layer-2- oder Layer-3-Switches.

Referenzquellen

1. Titel:Erste Demonstration eines handelsüblichen passiven optischen Netzwerks auf Basis eines L2-Switchs
   • Autoren: K. Nishimoto, Takashi Yamada, J. Kani, A. Otaka
   • Tagebuch: Elektronik Briefe
   • Veröffentlichungsdatum: 2018
   • Die wichtigsten Ergebnisse:
     • In diesem Dokument wird ein Prototyp eines Gigabit-Ethernet-Passiv-Optischen Netzwerks (PON) auf Layer-2-Switch-Basis und seine erste Leistungsdemonstration vorgestellt.
     • Die Struktur unterstützt eine beträchtliche Anzahl von PON-Ports und erreicht bei der Einwegübertragung einen Durchsatz von fast 1 Gbit/s.
   • Methodik:
     • Die Autoren integrierten handelsübliche Hardware mit softwarebasierten PON-spezifischen Funktionen, um einen funktionierenden Prototyp zu entwickeln. Anschließend analysierten sie dessen Leistung, um die Wirksamkeit der Architektur zu beurteilen.Nishimoto et al., 2018, S. 40–41).
2. Titel:Evaluierung der synchronisierten Methode des Zeitschlitzes für mehrere Ringe im optischen L2-Switch-Netzwerk
   • Autoren: Hattori Kyota, Nakagawa Masahiro, Kimishima Naoki, K. Masaru, O. Hiroaki
   • Konferenz: Keine Angabe
   • Veröffentlichungsdatum: 2014 (nicht innerhalb der letzten 5 Jahre, aber relevant)
   • Die wichtigsten Ergebnisse:
     • Diese Forschung analysiert eine koordinierte Strategie für die Zeitschlitzzuweisung in einem optischen L2-Switch-Netzwerk mit mehreren Ringen und konzentriert sich dabei insbesondere auf die Verbesserung von Effizienz und Latenz.
   • Methodik:
     • Die Autoren führten Simulationen durch, um die Funktionalität der vorgeschlagenen Methode der synchronisierten Zeitschlitze im Vergleich zu den Benchmarks herkömmlicher Methoden zu bewerten (Kyota et al., 2014, S. 35–40).
3. Titel:Bewertung der synchronisierten Methode des Zeitschlitzes im optischen L2-Switch-Netzwerk
   • Autoren: Hattori Kyota, Nakagawa Masahiro, K. Masaru, O. Hiroaki
   • Konferenz: Keine Angabe
   • Veröffentlichungsdatum: 2014 (nicht innerhalb der letzten 5 Jahre, aber relevant)
   • Die wichtigsten Ergebnisse:
     • Wie in der vorherigen Studie konzentriert sich dieser Artikel auf die Synchronisierung von Zeitschlitzen in optischen L2-Switch-Netzwerksystemen und legt dabei besonderes Augenmerk auf die vorteilhaften Auswirkungen der Synchronisierung auf den Netzwerkbetrieb.
   • Methodik:
     • Die Autoren verwendeten analytische Modelle, um die erzielten Gewinne durch die synchronisierte Zeitschlitzzuweisung zu ermitteln (Kyota et al., 2014, S. 49–54).
4. Titel:L2-Switch-Funktion für schnelle Konvergenz des Virtual Router Redundancy Protocol
   • Autoren: H. Matsuda
   • Tagebuch: Internationale Zeitschrift für Computeranwendungen
   • Veröffentlichungsdatum: 2012 (nicht innerhalb der letzten 5 Jahre, aber relevant)
   • Die wichtigsten Ergebnisse:
     • In diesem Dokument wird eine Technik vorgeschlagen, mit der die Konvergenzzeit des Virtual Router Redundancy Protocol (VRRP) durch die Nutzung von L2-Switch-Funktionen optimiert und so die Wiederherstellungszeit bei Netzwerkausfällen verkürzt werden kann.
   • Methodik:
     • Die Analyse bestehender VRRP-Mechanismen durch den Autor hat Möglichkeiten zur Verbesserung der Konvergenzzeiten durch Modifikationen aufgezeigt, wie die Simulationsergebnisse zeigen (Matsuda, 2012, S. 1–3).
5. Computernetzwerk
6. OSI-Modell