Der Ethernet-Switch

Der Ethernet-Switch bildet die “Schaltzentrale” für das Zusammenfassen, bzw. Verteilen von Ethernet Datenströmen. Markantes Merkmal solcher Geräte ist die Frontsicht welche aus einer Reihe neben- oder auch übergeordneter Ethernet Anschlüssen besteht. In jedem Ethernet Anschluss kann ein Ethernet Kabel mit sogenanntem “RJ45” Stecker eingesteckt werden. In der Regel sind alle Anschlüsse in ihrere Funktion und Leistung gleich und es spielt keine Rolle in welchen Anschluss, welches Kabel von welchem Gerät eingesteckt wird.

Jeder Ethernet Frame beinhaltet die Adresse des Absenders (Quelle) und die Adresse des Empfängers (Ziel). Ethernet-Switches unterhalten eine Tabelle mit einer Zuordnung hinter welchem Ethernet Anschluss, welche Geräte mit ihren individuellen Adressen angeschlossen sind. Darüber ist ein Ethernet-Switch in der Lage zielgerichtet empfangene Ethernet Frames an den korrekten Anschluss weiterzuleiten hinter dem ein Empfänger zu erreichen ist.

In einem Heimnetzwerk werden Ethernet-Switches zu einem zentral genutzt, um den einzelnen vom Internet-Router kommenden Datenstrom auf mehrere Ethernet Anschlüsse zu verteilen. Über den Anschluss von Ethernet Kabeln an den Ethernet-Switch können dann z.B. in einem ganzen Haus alle Räume an ihr Heimnetz angeschlossen werden. Zum anderen ist es sehr leicht möglich mit einem Ethernet-Switch dezentral die Anzahl der benötigten Ethernet Anschlüsse zu erhöhen, falls die Vorhandenen nicht mehr ausreichend sind. Beispiele für solche Anwendungsszenarien können Sie in dem Kapitel über Übertragungsmedien finden.

Hier eine Auswahl von Herstellern von Ethernet-Switches, welche auch im Heimnetzwerk Anwendung finden können (in alphabetischer Reihenfolge): Cisco, D-Link, Edimax, Hewlett Packard, LinkSys, Netgear, TP-Link, Zyxel.

Im folgenden sind verschiedene Kriterien gelistet, welche als Hilfestellung und Gedankenanstöße gedacht sind, um die Auswahl eines passenden Ethernet-Switch zu erleichtern. Fokus sind hierbei Geräte für das Heimnetzwerk oder kleine Büros, welche nicht so ausgefeilt und leistungsfähig sein müssen, wie Geräte für größere Unternehmen und Organisationen.

• Ethernet
  
• Power over Etehrnet (PoE)
  
• Prüfung und Fehlerbehebung
  
• Benutzbarkeit
  
• Design
  
• Preis und Nachhaltigkeit

Ethernet

Die eigentliche Kernfunktion eines Ethernet-Switch, das Vermitteln von Ethernet Frames ist über den IEEE802.1D Standard standardisiert und jeder Ethernet-Switch sollte hier gleich funktionieren. Da die Funktion des weiterleitens von Ethernet Frames in Hardware realisiert ist, ist bei der Vermittlungsleistung für den Heimgebrauch kein signifikanter Unterschied zwischen verschiedenen Ethernet-Switches zu erwarten.

Die für das Heimnetzwerk markantesten Unterschiede gibt es in der Anzahl der angebotenen Ethernet Anschlüsse, dem Typ der Ethernet Anschlüsse und der Bauform des Ethernet-Switch Gerätes an sich. Auch die Möglichkeit bei einem Ethernet-Switch Einstellungen vornehmen zu können oder Information abzurufen ist unterschiedlich ausgeprägt, doch hierzu später mehr.

Die Anzahl der Ethernet Anschlüsse an einem Ethernet-Switch variiert zwischen 4 und 48. Somit ist es leicht möglich sich bezüglich der Anzahl der Ethernet Anschlüsse einen passgenauen Ethernet-Switch auszusuchen. Es empfiehlt sich allerdings ein paar freie Ethernet-Anschlüsse als Reserve zu haben, da der Bedarf Geräte zu vernetzen in Zukunft steigen wird.

Bezüglich des Typs der Ethernet Anschlüsse sind für ein Heimnetzwerk hauptsächlich die elektrischen Ethernet Anschlüsse, welche über Kabel mit sogenannten “RJ45” Steckern angebunden werden von Interesse. Diese elektrischen Ethernet Anschlüsse bieten Fast-Ethernet (100Mbit/s brutto Datenrate) und meistens auch Gigabit-Ethernet (1000Mbit/s brutto Datenrate). Für den Heimgebrauch ist Fast-Ethernet meistens noch ausreichend, doch der Trend zu höheren Datenraten hält an und von daher ist es empfehlenswert auf Gigabit-Ethernet zu setzen. Ethernet Anschlüsse mit Gigabit-Ethernet, unterstützen ebenfalls Fast-Ethernet, somit können auch ältere Geräte problemlos verbunden werden. Manche Ethernet-Switches bieten auch 1 oder 2 SFP (Small Formfactor Pluggable) Slots. In solch einem Slot kann ein separates SFP Modul eingesteckt werden. SFP Module werden meist genutzt, um einen optischen Ethernet Anschluss bereitzustellen und darüber eine Glasfaser Verbindung herzustellen. Glasfaser Verbindungen sind in einem Heimnetzwerk selten anzutreffen. Es lohnt nur auf die Verfügbarkeit eines SFP Slots zu achten, wenn Sie in Ihrem individuellen Fall einen sinnvollen Anwendungsfall haben.

Die Bauform eines Ethernet-Switch korreliert meistens mit der Anzahl der angebotenen Ethernet Anschlüssen. So gibt es z.B. sehr kleine 4 Port Ethernet-Switches (z.B. 10cmx2cmx10cm; BxHxT), welche sich gut für de-zentrale Einsatzzwecke eignen, um schnell neue Ethernet Anschlüsse verfügbar zu machen. Für sogenannte Rack Installationen in eigens für die Netzwerktechnik gedachten kleinen Schränken, gibt es Ethernet-Switches im 19Zoll Format. Falls Sie Ihr Haus vernetzen wollen und Ihre Netzwerktechnik in einem zentralen Raum unterbringen möchten, dann kann die Installation eines kleinen 19Zoll Netzwerkschrankes Ordnung schaffen. In diesem Fall passt es gut, wenn ein darin zu installierender Ethernet-Switch eine 19Zoll Bauform hat.

Die Funktion Datenströme beim Senden auf eine Ethernet Leitung priorisieren zu können, ist in einem Heimnetzwerk, wo tendenziell kleinere Datenmengen übertragen werden, unüblich. Gerade Gigabit-Ethernet hat für den Heimgebrauch genug Leistung, um Engpässe zu vermeiden und anfallende Daten ausreichend schnell zu übertragen. Wenn Sie aber VoIP (Voice over IP) über Ihr Heimnetzwerk betreiben und gleichzeitig größere Datenmengen sehr schnell über das Netzwerk übertragen möchten (z.B. Speicherung großer Datenmengen auf einem NAS/Media Server), dann ist es ratsam die Datenübertragung von Ihrem VoIP Telefon priorisieren zu können. Der eingesetzte Ethernet-Switch sollte dann eine entsprechende Funktion beherrschen. Über eine Priorisierungsfunktion können Sie auch die Latenz für das Online Gaming optimieren.

Das Fernsehen über einen Videostream (IP-TV), wird oft per sogenanntem Multicast gesendet. Das bedeutet alle interessierten Geräte können den TV Stream empfangen, dieser muss aber nur einmal gesendet werden. Damit aber wirklich nur interessierte Geräte den TV Stream empfangen wird das Internet Group Management Protocol (IGMP) beim Sender und beim Empfangsgerät verwendet. Aber auch Ethernet-Switches in Ihrem Netzwerk sollten IGMP beherrschen und zwar das sogenannte IGMP snooping. Das IGMP snooping sorgt dafür das ein Ethernet-Switch den Multicast Datenverkehr nur an Verbindungen weiterleitet, an denen auch tatsächlich ein für den Empfang interessiertes Geräte angebunden ist. Ansonsten würde der Multicast Datenverkehr an alle Verbindungen weitergeleitet, was für eine Überlastung von nicht darauf ausgelegten Endgeräten und Verbindungen sorgen kann. Die aktuelle IGMP Version ist IGMPv3, welches nach eigenen Recherchen für das IP-TV von der deutschen Telekom verwendet findet.

Power over Ethernet (PoE)

Es ist manchmal ein Problem für den gewünschten Installationsort einer Netzwerkkamera, eines WLAN Access Points oder eines Voice over IP Telefons, nicht nur die Netzwerkverbindung herzustellen, sondern auch einen Stromanschluss. Hier kann Power over Ethernet Abhilfe schaffen. Mit Power over Ethernet (PoE) nach dem IEEE802.3at Standard kann ein Gerät mit bis zu ca. 25W Leistung über das Netzwerkkabel versorgt werden. Der Bedarf eines eigenen Stromanschlusses entfällt dann. Nach einem Hardware basierten Schema, erkennt ein Ethernet-Switch mit integrierter PoE Funktion, ob ein PoE fähiges Gerät angeschlossen ist und schaltet dann die Stromversorgung ein. Die Datenübertragung ist von der gleichzeitigen Stromübertragung nicht betroffen und läuft parallel. Da es PoE nach dem älteren Standard IEEE802.3af, nach dem neueren Standard IEEE802.3at und in herstellerspezifischen Varianten gibt, ist es empfehlenswert den Einsatz im Voraus zu planen und die Kompatibilitäten der Geräte zueinander zu prüfen. Auf die Verfügbarkeit von PoE in einem Ethernet-Switch zu achten ist nur dann empfehlenswert, wenn konkrete Einsatzzwecke bestehen oder in naher Zukunft absehbar sind.

Prüfung und Fehlerbehebung

Eine signifikantes Unterscheidungsmerkmal von Ethernet-Switches ist, ob ein Ethernet Switch “un-managed” oder “managed” ist. Die einfachsten und günstigsten Ethernet-Switches sind “un-managed”. Das bedeutet das es keine Schnittstelle gibt, um Konfigurationen vorzunehmen oder Informationen abzurufen. Für die Inbetriebnahme wir der Ethernet-Switch installiert und die Kabel werden eingesteckt. Die LEDs an dem Ethernet-Switch sind das einzige Indiz, natürlich neben einer erfolgreichen Datenübertragung an sich, ob alles funktioniert. Im Bereich der “managed” Switches gibt es weite Unterschiede. So bieten manche Ethernet-Switches eine sogenannte SNMP (Simple Network Management Protocol) Schnittstelle für die professionelle Einbindung in ein NMS (Netzwerk Management System) an. SNMP ist für ein Heimnetzwerk unüblich und wird in der Regel nicht benötigt. Die Möglichkeit an sich, Konfigurationen vorzunehmen oder Informationen über z.B. eine Bedienoberfläche im Webbrowser abzurufen kann wiederum sehr nützlich sein. So bieten schon sehr einfache “managed” Switches die Möglichkeit Statistiken über die Ethernet-Anschlüsse abzurufen. Aus diesen Statistiken können Sie dann entnehmen ob Ihre Ethernet Verbindung fehlerfrei funktioniert. Auch ist es nützlich direkt ablesen zu können ob ein Gigabit-Ethernet Anschluss wie erwartet auch wirklich mit Gigabit-Ethernet läuft oder nicht. Für die fortgeschrittene Fehlerbehebung können manche “managed” Switches, den Datenverkehr welcher über einen Ethernet-Anschluss läuft kopieren und auf einem anderen Ethernet Anschluss ausgeben, z.B. um eine Protokoll Analyse mit dem Wireshark Tool durchzuführen. Dadurch das einfache “managed” Ethernet-Switches sich preislich nicht stark von “un-managed” Ethernet-Switches unterscheiden, ist es empfehlenswert beim Kauf eines Ethernet-Switches einem “managed” Eternet-Switch den Vorzug zu geben. Einfache “managed” Ethernet-Switches für Privatkunden, werden manchmal von den jeweiligen Herstellern auch durch eine eigene Klassenbezeichnung von den professionellen “managed” Ethernet-Switches abgegrenzt. Beispiele für solch eine Klassenbezeichnung sind Smart-Switches oder WebManaged-Switches.

Benutzbarkeit

Einfache Ethernet-Switches sind sehr unkompliziert in der Installation und im Betrieb. Mit “managed” Ethernet-Switches ist ein einfacher Zugriff auf den Ethernet-Switch und eine gute Struktur der Bedienoberfläche aber durchaus ein Kriterium, welches einen Unterschied bei der Auswahl zwischen Ethernet-Switch A oder Ethernet-Switch B machen kann. Es ist aber nicht einfach ohne eigene Erfahrungswerte die Benutzbarkeit eines Gerätes einzuschätzen. Man kann sich einen Eindruck über das Handbuch eines Internet-Routers verschaffen. Alternativ bieten sich Tests an, falls dieses Kriterium Erwähnung findet. Ähnlich wie bei dem folgenden Kriterium der “Benutzbarkeit” sind aber auch die Erfahrungen anderer hier sehr hilfreich, gerade wenn es zu Problemen gekommen ist. Zu einem kommt hier natürlich der Bekanntenkreis in Frage, aber auch Benutzer-/Käuferbewertungen im Internet können nützlich sein, wenn man nicht nur die positiven Bewertungen liest, sondern auch auf sachlich formulierte Gründe negativer Bewertungen schaut.

Design

Für den Fall, dass Sie einen Ethernet-Switch direkt auf z.B. Ihrem Schreibtisch platzieren wollen, dann gibt es auch Desktop Ethernet-Switches. Diese sind für den Tischgebrauch gedacht und haben manchmal ein etwas gefälligeres Design.

Preis und Nachhaltigkeit

Einfache “un-managed” 8 port Ethernet-Switches, welche nur Fast-Ethernet bieten, gibt es manchmal schon für unter 10 Euro. Einfache “managed” 8 port Ethernet-Switches mit Gigabit-Ethernet liegen preislich bei wenigen 10 Euro. Der Preis von etwas größeren “managed” 24 Port Ethernet-Switches mit Gigabit-Ethernet hat eine Spannbreite von ca. 50 Euro bis mehrere Hundert Euro, je nach Leistung und enthaltenen Funktionen.

Generell sollten Sie bei der Auswahl des Switches auch Anforderungen berücksichtigen, welche in absehbarer Zukunft auf Sie zukommen, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen ein Gerät etwas länger zu nutzen.

Ein weiteres wichtiges Kriterium ist der Stromverbrauch eines Gerätes, sowohl für Ihren Geldbeutel als auch die Umwelt. Bei Ethernet-Switches mit gleicher Portanzahl ist kein großer Unterschied zu erwarten doch schon 1 Watt Differenz im Stromverbrauch kann über 5 Jahre 10 Euro Kosten ausmachen (bei 25ct/KWh). Leider ist es nicht üblich Angaben über den Leistungsverbrauch in der Dokumentation der Geräte vorzufinden. Abhilfe schaffen hier nur externe Tests oder die Nachfrage beim Hersteller.

Notiz: Als Beispiel für einen einfachen “managed” Switch kann der Netgear GS108E-200PES 8Port Gigabit -Ethernet Switch von TP-Link dienen. Der TL-SG108E hat einen kleinen Formfaktor, welcher für eine unauffällige Installation hilfreich ist. Über eine Weboberfläche (WebManaged Variante des Switch) können einfache Konfiguration durchgeführt werden, um z.B. bestimmte Ethernet Anschlüsse bei der Datenübertragung zu priorisieren oder die Fehlerbehebung zu Unterstützen. Ein Blick auf die Statistiken und Status der Ethernet Anschlüsse hilft festzustellen ob alles in Ordnung ist.