Den Core Switch verstehen: Wichtige Unterschiede und Verwendungsmöglichkeiten

Die Bedeutung der Kernschalter Der Aufbau und Erhalt einer robusten Netzwerkinfrastruktur ist von größter Bedeutung. Als zentraler Datenverkehrsknotenpunkt (Core Switch) gewährleistet er eine reibungslose Kommunikation zwischen Geräten. Dies bestimmt die Netzwerkeffizienz, Zuverlässigkeit und Geschwindigkeit des Informationsaustauschs. Dieser Artikel erläutert wichtige Aspekte von Core Switches, einschließlich ihrer wesentlichen Funktionen, Unterschiede zu anderen Switches derselben Kategorie und Kriterien für den Kauf eines Switches für Ihre Institution. Von der Optimierung unternehmensweiter Netzwerke bis hin zur Erforschung von Netzwerkhierarchien – dieser Leitfaden richtet sich an IT-Experten und hilft Ihnen, fundierte Entscheidungen zu treffen.

Was ist ein Core-Switch und wie funktioniert er?

Ein Core-Switch ist ein Netzwerk-Switch mit hoher Kapazität, der als Backbone oder Kernschicht eines Netzwerks fungiert. Er ist für das präzise Routing der Kommunikation zwischen Schichten und Abteilungen verschiedener Bereiche verantwortlich. Kurz gesagt: Er trägt dazu bei, große Datenmengen mit höherer Geschwindigkeit zu übertragen. Core-Switches sind der zentrale Punkt für die Verkehrssteuerung zwischen Zugriffs- und Verteilungs-Switches. Sie erfüllen eine wichtige Funktion für die Zuverlässigkeit und Stabilität des Netzwerks, da sie für das zuverlässige und zeitnahe Routing der Daten über die Netzwerkinfrastruktur verantwortlich sind.

Grundlegendes zur Netzwerkkernschicht

Die Kernschicht eines Netzwerks dient als dessen architektonische Basis. Sie ist darauf ausgelegt, schnelle und zuverlässige Datenübertragung zu gewährleisten. Transport über verschiedene Netzwerke Segmente. Es aggregiert den Verkehr aus den anderen Schichten und ermöglicht eine reibungslose Kommunikation. Core-Switches auf dieser Ebene sind auf Leistung und Skalierbarkeit abgestimmt und berücksichtigen die Bandbreitenbedarf moderner Netzwerke unter Beibehaltung der Latenz auf ein Minimum reduziert. Die Kernschicht ist für den ganzheitlichen und praktischen Datenfluss durch alle Netzwerkgeräte und -systeme von entscheidender Bedeutung.

Funktionen eines Core-Layer-Switches

Core-Layer-Switches verfügen über mehrere wichtige Funktionen, um in einem Netzwerk zu funktionieren:  

• Aggregieren des Datenverkehrs: Sammelt Daten aus den Verteilungs- und Zugriffsebenen und verwaltet deren Routing und Switching.  
• Hohe Leistung: Garantiert eine zuverlässige und schnelle Datenübertragung und unterstützt erheblichen Datenverkehr mit geringer Latenz.  
• Redundanz und Fehlertoleranz: Diese Funktion gewährleistet die Netzwerkzuverlässigkeit durch Redundanz und ermöglicht so auch im Fehlerfall einen fortgesetzten Netzwerkzugriff bei gleichzeitiger erheblicher Fehlertoleranz.  
• Skalierbarkeitsunterstützung: Ermöglicht die weitere Netzwerkentwicklung durch die Erfüllung höherer Bandbreitenanforderungen ohne Leistungseinbußen.  
• Sicherheitsfunktionen: Bietet erhebliche Sicherheit für wichtige Daten im Zentrum des Netzwerks, da Core-Switches normalerweise über solche Sicherheitsfunktionen verfügen.  

Diese Funktionen optimieren den reibungslosen Betrieb der Netzwerkinfrastruktur, ohne den konstanten Datenfluss zu unterbrechen, und unterstreichen damit die Bedeutung von Core-Layer-Switches.

Rolle des Core-Switches in Rechenzentren

Core-Switches sind kritische Komponenten des Rechenzentrumsnetzwerks. Sie ermöglichen die schnelle Datenübertragung zwischen Servern und anderen relevanten Geräten und konsolidieren den Datenverkehr von Access- und Aggregations-Switches. In einem modernen Rechenzentrum sind Core-Switches von grundlegender Bedeutung, da sie Redundanz und Fehlertoleranz bieten und so einen unterbrechungsfreien Betrieb gewährleisten. Aufgrund des stetig steigenden Bandbreitenbedarfs in diesen Umgebungen werden Core-Switches in Rechenzentren zudem strengen Belastungstests unterzogen, um ihre Haltbarkeit und präzise Konstruktion zu prüfen. Core-Switches sind für die optimale Funktion von Netzwerken von größter Bedeutung.

Wie unterscheiden sich Core-Switches von Distributions- und Access-Switches?

Vergleich von Core-Switches und Distribution-Switches

Der Hauptunterschied zwischen Kern und Verteilung Switches ist ihre Funktion im NetzwerkCore-Switches fungieren als Rückgrat des Netzwerks, indem sie verschiedene Subsysteme für den Datentransfer mit Distribution-Switches verbinden und gleichzeitig eine stabile Verbindung mit hoher Kommunikationskapazität aufrechterhalten. Die Distribution-Switches verwalten den Datenfluss zwischen den Access- und Core-Switches. Während Core-Switches dem gesamten Netzwerk höchste Leistung und Zuverlässigkeit bieten, ermöglichen Distribution-Switches effizientes Routing, Verkehrsmanagement und Netzwerksegmentierung, wodurch die Kontrolle über Ressourcen auf lokaler Ebene ermöglicht wird. Diese Funktionsteilung erhöht die Gesamtleistung und Skalierbarkeit des Netzwerks, insbesondere zwischen der Access- und der Core-Ebene.

Unterschiede zwischen Core- und Access-Layer-Switches

Core-Switches und Access-Layer-Switches erfüllen in einem Netzwerk unterschiedliche Funktionen. Core-Switches bilden das Rückgrat des Netzwerks, indem sie maximale Leistung und nahtlose Kommunikation zwischen mehreren Netzwerksegmenten mit Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung ermöglichen. Access-Layer-Switches hingegen verbinden Endgeräte wie Computer, Drucker und WLAN-Zugangspunkte mit dem Netzwerk und ermöglichen deren Einsatz an den Netzwerkrändern. Während Core-Switches auf Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit ausgerichtet sind, legen Access-Layer-Switches den Schwerpunkt auf die Gerätekonnektivität und sind daher unverzichtbar für den Zugriff auf Benutzerebene und die Weiterleitung des Datenverkehrs.

Untersuchung der Core-Switch- und Edge-Switch-Funktionalitäten

In der Netzwerkinfrastruktur erfüllen Core- und Edge-Switches spezifische Funktionen. Core-Switches sorgen für zuverlässige Backbone-Konnektivität und sind darauf ausgelegt, hohe Datenübertragungsraten zu bewältigen und die Kommunikation zwischen den Schichten im Netzwerk aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus garantieren sie Geschwindigkeit und Redundanz, die für die Stabilität des Netzwerks entscheidend sind. 

Edge-Switches befinden sich näher an Peripheriegeräten. Sie verbinden Netzwerke mit Benutzergeräten wie Druckern und Computern und ermöglichen so die Verwaltung des Datenverkehrs zu und von den Geräten. Während Core-Switches für die Datenaggregation bei hohen Geschwindigkeiten zuständig sind, garantieren Edge-Switches den Datenfluss auf Geräteebene. Trotz der unterschiedlichen Funktionen erfüllen beide einen Zweck in einem effektiven Netzwerksystem.

Warum ist Link Aggregation in Core-Switches wichtig?

Vorteile der Link-Aggregation im Netzwerkmanagement

Die Kombination mehrerer Netzwerkschnittstellen zu einer einzigen logischen Verbindung erhöht die Bandbreitenkapazität. Dies wird durch Link Aggregation erreicht, die die Netzwerkleistung, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit optimiert und größere Datenverkehrsmengen bewältigt. Beispielsweise werden in Rechenzentren Geräte nahtlos miteinander verbunden, was Latenzen und Überlastungen vorbeugt. 

Die Redundanz wird durch den Einsatz von Link Aggregation deutlich erhöht. Fällt ein Link aus, funktionieren die anderen Links ohne Unterbrechung weiter. Eine unterbrechungsfreie Verbindung ist entscheidend, insbesondere für Unternehmen, die auf kontinuierliche Datenintegration und minimale Ausfallzeiten angewiesen sind. Studien zufolge betragen die durchschnittlichen Kosten von Inaktivität in Unternehmen 5,600 US-Dollar pro Minute. Experten halten dies daher für eine notwendige Maßnahme zur Reduzierung des Netzwerkausfallrisikos.

Durch die Link-Aggregation wird eine höhere Lastverteilungsgenauigkeit erreicht, da der Datenverkehr gleichmäßig auf mehrere Verbindungen verteilt wird. Das Risiko von Netzwerkausfällen wird ebenfalls reduziert, was zu einer verbesserten Ressourcenauslastung führt. Auch Unternehmensnetzwerke profitieren von der Aggregation, da sie einer Gruppe mehr Schnittstellen hinzufügt und diese an die Netzwerkanforderungen angepasst werden können, ohne dass das gesamte Framework geändert werden muss.

Letztendlich verbessert die Link-Aggregation die allgemeine Netzwerkleistung und ist daher eine notwendige Technik für moderne Netzwerkumgebungen, insbesondere dort, wo hohe Verfügbarkeitsanforderungen mit starker Datenverarbeitungskapazität bestehen.

Implementierung von Link Aggregation für Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung

Um Link Aggregation für Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung einzurichten, suchen Sie nach Geräten, die IEEE 802.3ad (Link Aggregation Control Protocol, LACP) entsprechen. Aktivieren Sie LACP auf den Geräten aller Teilnehmer und pflegen Sie geeignete Verbindungen zwischen ihnen. Anschließend wird eine Link Aggregation Group (LAG) gebildet, indem mehrere physische Verbindungen verschiedener Geräte zu einer logischen Verbindung zusammengefasst werden. Achten Sie auf die entsprechenden Konfigurationen der LAG auf den nachgeschalteten Switches, Routern, Servern und allen anderen Geräten auf Layer 3 des Kerns, damit die Einstellungen auf allen Geräten einheitlich sind. Überprüfen Sie abschließend die Erhöhung der Bandbreite, Redundanz und Gesamtausfallsicherheit des Netzwerks auf Layer 3 der Core-Switches. Eine präzise Implementierung gewährleistet eine effiziente und zuverlässige Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung.

Wie funktionieren Core-Switches neben Routern in einer Netzwerkarchitektur?

Integration von Routern in Unternehmensnetzwerke

In einem Unternehmensnetzwerk dienen Router als zentrale Geräte, die verschiedene Netzwerksegmente verbinden und den Datenverkehr zwischen ihnen verwalten. Sie wählen die optimale Route für die Datenkommunikation in lokalen Netzwerken (LANs) und Weitverkehrsnetzen (WANs). Router und Core-Switches ermöglichen den internen und externen Datenfluss, einschließlich des Internetzugangs. Routing und Datenübertragung innerhalb des internen Netzwerks liegen in der Verantwortung der Core-Switches, während Router für die Vernetzung und Kommunikation mit anderen Netzwerken, das sogenannte Internetworking, zuständig sind – und zwar skalierbar und leistungsstark. Die Einrichtung von Routing-Protokollen wie OSPF und BGP verbessert die Zuverlässigkeit und die Effizienz der Ressourcenzuweisung im Unternehmensumfeld.

Verwalten des Netzwerkverkehrs und der Paketweiterleitung

Die effektive Verwaltung des Netzwerkverkehrs ist für Leistung, Sicherheit und Zuverlässigkeit in Unternehmensumgebungen unerlässlich. Paketweiterleitung oder Routing ist eine der Grundfunktionen von Netzwerkgeräten wie Routern und Switches und leitet Datenpakete an die entsprechenden Stellen weiter. Ausgefeilte Techniken nutzen Header-Informationen der Pakete und bewerten deren Routen anhand von Topologie, Netzwerkverkehr und QoS-Parametern, um den optimalen Pfad auszuwählen.

Aktuelle Unternehmensnetzwerke nutzen dynamische Routing-Richtlinien (Open Shortest Path First, OSPF) und Border Gateway Protocol (BGP) sowie deren proprietäre Versionen, um Änderungen der Verkehrslast auszunutzen und eine maximale Ressourcenzuweisung im Netzwerk zu erreichen. Beispielsweise berechnet OSPF den kürzesten Pfad für die Datenübertragung anhand von Link-State-Informationen, während BGP richtlinienbasiertes Routing in WANs (Wide Area Networks) durchführt. Folglich gibt es Maßnahmen zur Verkehrsformung, die unter anderem Bandbreitenbeschränkung, -zuweisung und Verkehrspriorisierung umfassen, um Überlastungen zu vermeiden und die Leistung kritischer Anwendungen zu verbessern.

Da sich fortschrittliche industrielle Ressourcen als effektiv erweisen, bestätigen die Ergebnisse die Annahme, dass der Einsatz effizienter Algorithmen bei der Paketweiterleitung die Latenzzeit verkürzt und die Paketverlustprävention in anspruchsvollen Umgebungen deutlich verbessert. Verbesserte Überwachungsressourcen wie flussbasierte Analysen und Echtzeit-Verkehrsvisualisierung liefern Administratoren sofortige Daten, die präventiv gegen Netzwerküberlastungen eingesetzt werden können. Mit diesen Strategien können Unternehmen sichere Netzwerke bereitstellen, die unabhängig von den wachsenden organisatorischen Anforderungen eine hohe Leistung aufrechterhalten.

Gewährleistung von Zuverlässigkeit und minimalem Paketverlust

Unternehmen müssen Verkehrspriorisierung und andere QoS-Richtlinien in ihre Infrastruktur integrieren, um Zuverlässigkeit und Paketverluste unter dem zulässigen Grenzwert zu halten. Regelmäßige Aktualisierungen von Netzwerkgeräten durch Hardware-Austausch oder Firmware-Änderungen verbessern die Systemleistung und reduzieren mögliche Schwachstellen. Ausfälle können durch redundante Netzwerkpfade in Verbindung mit Failover-Protokollen gemildert werden. SNMP-basierte (Simple Network Management Protocol) oder flussbasierte Analysetools ermöglichen proaktives Monitoring und stellen sicher, dass alle möglichen Engpässe umgehend behoben werden, um einen reibungslosen Datenfluss zu gewährleisten.

Welche Konfigurationen sind für Core-Switches notwendig?

Wichtige Konfigurationseinstellungen für den Core-Switch

Durch die Integration der folgenden Einstellungen können Sie die Zuverlässigkeit und Serviceleistung von Core-Switches verbessern:  

1. VLAN-Konfiguration: Erstellen Sie VLANs zur Verkehrssteuerung und Sicherheitsverbesserung. Für das VLAN-Routing müssen VLAN-IDs und Trunk-Ports festgelegt werden.  
2. Spanning Tree Protocol (STP): Aktivieren Sie STP/RSTP/MSTP, um Redundanz zu verwalten und Schleifen zu minimieren und so die Netzwerkzuverlässigkeit zu gewährleisten.  
3. IP-Routing: Implementieren Sie Layer-3-Routing innerhalb der VLANs, um die Netzwerkkommunikation zu erleichtern. Bei wechselnden Anforderungen in Netzwerkdomänen wählen Sie statische Routen oder verwenden Sie OSPF und BGP.  
4. Quality of Service (QoS): Um die Verkehrssteuerung, insbesondere für Sprache und Video, zu verbessern, müssen QoS-Standards und -Richtlinien festgelegt werden.  
5. Zugriffskontrolllisten (ACLs): Erstellen Sie ACLs, um den Informationsfluss innerhalb und außerhalb des Systems zu steuern und so Informationsverletzungen gemäß den festgelegten Sicherheitsrichtlinien zu begrenzen.  
6. Portsicherheit: Aktivieren Sie die Portsteuerungsfunktionen, um die Verwendung eines Ports zur Kontrolle der Änderung von MAC-Adressen einzuschränken.  
7. Redundanz und Failover: Erhöhen Sie die Zuverlässigkeit durch die Implementierung einer LACP-basierten Link-Aggregation, redundanter Stromquellen und mehrerer Stromwege.  
8. Überwachung und Protokollierung: Richten Sie SNMP-Überwachung und NetFlow oder sFlow ein, um die Benutzeraktivität auf dem System zu verfolgen, und legen Sie Protokolldateien fest, die bei der Problembehebung und bei Folgeüberprüfungen helfen.  

Die Sicherung von Switches durch Einhaltung dieser Standards gewährleistet Flexibilität, Erweiterbarkeit und eine Netzwerkinfrastruktur mit hoher Leistung.

Anpassen der Schnittstellen- und Porteinstellungen für Layer-3-Switches

Die benutzerdefinierte Konfiguration von Ports und Schnittstellen auf Layer-3-Switches umfasst das Festlegen von Parametern zur Maximierung der Leistung und Gewährleistung der korrekten Netzwerkbetriebsfunktionalität. Dazu gehören:  

1. IP-Adressen zuweisen: Weisen Sie definierten Schnittstellen IP-Adressen zu, um das Inter-VLAN-Routing zu ermöglichen und die Kommunikation innerhalb des Netzwerks zu erleichtern.  
2. VLANs konfigurieren: Richten Sie Schnittstellen ein und verknüpfen Sie sie mit definierten VLANs, um den Netzwerkverkehr effektiv zu segmentieren.  
3. Portmodi festlegen: Je nach Netzwerkarchitektur können Schnittstellen auf Zugriffsports (Endgeräte) oder Trunk-Ports (die VLAN-Verkehr von einem Switch zum anderen übertragen) eingestellt werden. 
4. Passen Sie die Portgeschwindigkeiten und den Duplexmodus an: Wenn angeschlossene Geräte nicht automatisch verhandeln, stellen Sie die Portgeschwindigkeit und den Duplexmodus manuell ein, um eine optimale Leistung zu erzielen.  
5. Spanning Tree Protocol (STP) aktivieren: Aktivieren Sie das Spanning Tree Protocol auf den Ports, um Schleifen aus dem Netzwerk zu entfernen und eine zuverlässige Topologie aufrechtzuerhalten.  
6. Zugriffskontrolle anwenden: Legen Sie ACLs auf den Ports fest, um bestimmte Sicherheitsrichtlinien anzuwenden und unbefugten Zugriff zu verhindern.  

Wie oben erläutert, vereinfachen diese Konfigurationen die Netzwerkaktivitäten, erhöhen die Sicherheit und ermöglichen eine höhere Belastung bei Layer-3-Switch-Bereitstellungen.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

F: Was ist ein Core-Switch und wie unterscheidet er sich von einem Standard-Switch?

A: Ein Core-Switch ist ein Netzwerk-Switch, der hauptsächlich auf der Kernebene der Netzwerk-Switch-Hierarchie arbeitet. Diese Ebene bildet das Rückgrat des Datenverkehrs im Netzwerk. Ein Core-Switch unterscheidet sich von einem Standard-Switch in der Datenmenge, die er verarbeiten kann, und der Bandbreite sowie in seinen Routing- und QoS-Funktionen, die eine variable Bandbreite für ausgewählte Leitungen konfigurieren. 

F: Was sind die Hauptunterschiede zwischen einem Core-Switch und einem gewöhnlichen Switch?

A: Der Hauptunterschied zwischen einem Core-Switch und einem normalen Switch liegt in deren Kapazitäten (Core-Switches bieten beispielsweise eine höhere Datenkapazität, bessere Routing-Funktionen und verbesserte QoS-Leistungen für Datenpakete). Core-Switches befinden sich üblicherweise im Backbone eines Netzwerks, während normale Switches in Zweigstellennetzen mit geringerer Nachfrage zu finden sind.

F: Welche Aufgabe hat ein Core-Switch in einer Core-Netzwerkinfrastruktur mit hoher Kapazität?

A: Ein Core-Switch sorgt für eine leistungsstarke Kernnetzwerkinfrastruktur, indem er umfassende Datenverbindungen, umfangreiche Bandbreitenressourcen und erweiterte Funktionen wie komplexes Routing und QoS bereitstellt. Dies ermöglicht einen kontinuierlichen und angemessenen Datenfluss in der Kernschicht des Netzwerks.

F: Welche Rolle spielt die Kernschicht im Netzwerk?

A: Die Kernschicht ist der Schwerpunkt einer Netzwerkarchitektur und konzentriert sich auf die Datenübertragungsgeschwindigkeit und den Datentransfer zwischen verschiedenen Netzwerkteilen oder -segmenten. Sie gewährleistet optimales Datenpaketrouting und verbindet die Aggregations- und Verteilungsschichten eines Netzwerks.

F: Warum ist es für ein Unternehmen so wichtig, auf den Core-Switch zu achten?

A: Unternehmen müssen sich auf Core-Switches konzentrieren, da diese die Leistung, Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit der Netzwerkinfrastruktur bestimmen. Ein optimaler Core-Switch garantiert nahtlose Dienste, Konnektivität und weitere Funktionen, um hohem Datenverkehr und steigenden Geschäftsanforderungen gerecht zu werden.

F: Was können als Beispiele für Switches für die Kernschicht genannt werden?

A: Beispiele für Switches für verwaltete Core-Layer-Switches sind solche mit umfassenden Funktionen, die erweiterte Optionen für hohe Bandbreite, Routing und QoS-Mechanismen bieten. Sie sind für große Netzwerke und Datenmanagement vorgesehen.

F: Auf welche Weise fügen Core-Switches der Aggregationsschicht des Netzwerks einen Mehrwert hinzu?

A: Core-Switches steigern den Wert der Aggregationsschicht des Netzwerks, indem sie die Ergebnisse mehrerer Verteilungsschichten effektiv zusammenführen, den Datenfluss verwalten und eine schnelle Konnektivität zwischen den verschiedenen Netzwerksegmenten ermöglichen. Dies verbessert die Zuverlässigkeit und Leistung des gesamten Netzwerks. 

F: Gibt es beim Entwurf des Netzwerk-Backbones noch weitere Überlegungen hinsichtlich der Funktionalität von Core-Switches?

A: Achten Sie beim Entwurf des Netzwerk-Backbones auf die Kern-Switches und achten Sie dabei auf hohen Durchsatz, mehrschichtiges Routing, hohe Servicequalität (QoS) für die Verkehrsabwicklung und hohe Gateway-Belastbarkeit. Diese Funktionen bilden die Grundlage für ein zuverlässiges Kernnetzwerk. 

F: Kann ein Single-Core-Switch mit großer Kapazität für jeden Netzwerktyp verwendet werden?

A: Ein Core-Switch mit hoher Kapazität erfüllt die Anforderungen der meisten Unternehmensnetzwerke, auch wenn kleinere und weniger komplexe Netzwerke ihn möglicherweise nicht benötigen. Ein einfacheres Modell erfüllt in solchen Fällen die erforderlichen Funktionen zuverlässig und kostengünstig.

Referenzquellen

1. Ein neues DWDM-Core-Switch-Design.

• Autor: M. Dai
• Erscheinungsjahr: 2020
• Zusammenfassung: Dieses Dokument erläutert den Aufbau eines Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM)-Core-Switches. Die Architektur des Core-Switches maximiert die Effizienz und Leistung der Netzwerkoptik. Das vorgeschlagene Switch-Design wurde durch Modellierung und Simulation evaluiert, wobei die theoretische Leistung gemessen wurde (Dai, 2020).

2. Computernetzwerk

3. Netzwerkschalter