Beim Aufbau von Unternehmensnetzwerken und Rechenzentren spielen Switches als wichtiger Bestandteil der Netzwerkinfrastruktur eine entscheidende Rolle. Da der Bandbreitenbedarf weiter steigt, reicht die Übertragungsrate herkömmlicher Switches häufig nicht aus, um den Bedarf zu decken, insbesondere bei stark steigendem Datenverkehr. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, sind Multirate-Switches entstanden. Die Einführung von Multirate-Switches bietet Netzwerkadministratoren mehr Flexibilität bei der Unterstützung verschiedener Netzwerkgeräte und Übertragungsraten, wodurch die Netzwerkbandbreite bei gleichzeitiger Wahrung der Kompatibilität drastisch erhöht und die Weiterentwicklung der Netzwerktechnologie vorangetrieben wird.
Definition von Multi-Rate-Switch
Ein Multirate-Switch, auch Multi-Gigabit-Switch genannt, ist ein Switch, der mehrere verschiedene Raten unterstützen kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen Switches mit fester Rate können Multirate-Switches die Rate ihrer Ports dynamisch nach Bedarf anpassen. Normalerweise können diese Switches Übertragungsraten von 1 Gbit/s bis 100 Gbit/s unterstützen und mehrere Raten gleichzeitig. Beispielsweise können die Ports eines bestimmten Switches gleichzeitig Raten wie 1 Gbit/s, 2.5 Gbit/s, 5 Gbit/s, 10 Gbit/s usw. unterstützen, um den Zugriffsanforderungen verschiedener Geräte gerecht zu werden.
Diese Flexibilität macht Multi-Rate-Switches zu einem wichtigen Werkzeug für die Anpassung an Hochgeschwindigkeits-Netzwerkumgebungen und die Verbesserung der Bandbreitennutzung.
Funktionsprinzip von Multi-Rate-Switches
Auto-Negotiation
Multirate-Switches verwenden häufig einen Auto-Negotiation-Mechanismus. Dieser Mechanismus ermöglicht es den Switch-Ports, mit angeschlossenen Geräten zu „kommunizieren“, um automatisch die am besten geeignete Kommunikationsrate zu ermitteln und auszuhandeln. Wenn ein Switch-Port mit Geräten mit unterschiedlichen Raten verbunden wird, wählt er automatisch die entsprechende Rate für die Datenübertragung aus. Wenn beispielsweise ein Port mit einem Gerät verbunden wird, das 10 Gbit/s unterstützt, ein anderes Gerät jedoch nur 1 Gbit/s unterstützt, passt sich der Switch zur Gewährleistung der Kompatibilität an eine Rate von 1 Gbit/s an.
Multi-Rate-Unterstützung
Die Ports von Multirate-Switches unterstützen verschiedene Raten durch Hardware- oder Softwareimplementierungen. Ihr Hardwaredesign umfasst normalerweise Geräte der physischen Schicht (PHY) und Multirate-Module, die unterschiedliche Übertragungsraten unterstützen. Beim Weiterleiten von Daten zwischen Geräten wählt der Switch basierend auf den Fähigkeiten der angeschlossenen Geräte eine geeignete Rate aus. Dies verbessert nicht nur die Gerätekompatibilität, sondern ermöglicht auch eine flexible Anpassung der Portraten bei Änderungen der Netzwerktopologie, wodurch übermäßige Investitionen vermieden werden.
Virtualisierungs- und Segmentierungsfunktionen
In modernen Multirate-Switches wird häufig Netzwerkvirtualisierungstechnologie eingesetzt. Diese Switches können Datenverkehr mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten nach Bedarf segmentieren und jedem dedizierte Kanäle zuweisen, um eine reibungslose Übertragung zu gewährleisten. Darüber hinaus verfügen Multirate-Switches in der Regel über effiziente Funktionen zur Verkehrsplanung und Prioritätsverwaltung. Sie passen die Weiterleitungsraten dynamisch an die Verkehrstypen an, um Überlastungen und Engpässe zu vermeiden.
Funktionalität von Multi-Rate-Switches
Ein Multirate-Switch ist ein Netzwerkgerät, das sich dynamisch an verschiedene Ethernet-Geschwindigkeiten anpassen kann, um den Anforderungen verschiedener Geräte und Anwendungen gerecht zu werden. Diese Switches unterstützen mehrere Ethernet-Port-Geschwindigkeiten, darunter 100M, 1GE, 2.5GE, 5GE und 10GE Base-T, und ermöglichen so eine flexible Geschwindigkeitsumschaltung von Megabit- auf Gigabit-Geschwindigkeiten. Sie basieren im Allgemeinen auf den neuesten Ethernet-Standards, wie z. B. IEEE 802.3bz, das Spezifikationen für Geschwindigkeiten von 2.5 Gbit/s und 5 Gbit/s enthält, und erreichen höhere Übertragungsraten als vorhandene Cat5e- und Cat6-Kabel, ohne dass ein Kabelaustausch erforderlich ist.
Das grundlegende Funktionsprinzip von Multirate-Switches basiert auf dem Switching und der Weiterleitung von Ethernet-Frames. Diese Switches arbeiten auf der Datenverbindungsschicht des OSI-Modells und leiten Daten weiter, indem sie MAC-Adressen identifizieren. Sie pflegen eine MAC-Adresstabelle, die die Verbindung zwischen Schnittstellen und angeschlossenen Geräten aufzeichnet und so eine gezielte Weiterleitung ermöglicht. Wenn ein Switch einen Datenframe empfängt, prüft er die Ziel-MAC-Adresse. Wenn die Adresse in der MAC-Adresstabelle enthalten ist, leitet er den Frame an den entsprechenden Port weiter. Wenn nicht, muss er möglicherweise eine Übertragung durchführen, um den richtigen Empfänger zu finden.