Layer-2- vs. Layer-3-Switch: Welchen sollten Sie für Ihre Netzwerkanforderungen wählen?

Netzwerk-Switches ermöglichen die Kommunikation von Netzwerkgeräten in lokalen Netzwerken (LANs). Moderne Netzwerksysteme sind weitgehend auf diese Netzwerk-Switches angewiesen. Switches lassen sich in verschiedene Typen unterteilen, darunter Layer-2- und Layer-3-Switches, verwaltete und nicht verwaltete Switches sowie PoE- und Nicht-PoE-Switches. Jeder Netzwerk-Switch-Typ bietet unterschiedliche Funktionen und Merkmale und erfüllt so spezifische Netzwerkanforderungen.

Sollten Sie für Ihr Netzwerk einen Layer-2- oder Layer-3-Switch verwenden? Die Antworten finden Sie im folgenden Beitrag.

Netzwerk-Switch erklärt

Datenpakete spielen eine wesentliche Rolle bei der Interaktion verschiedener Netzwerkgeräte, und der Netzwerk-Switch ist eine unverzichtbare Hardware, um diese Kommunikation effizient zu ermöglichen. Es gibt verschiedene Arten von Netzwerk-Switches, wie z. B. Layer-2- und Layer-3-Switches, Managed und Unmanaged Switches sowie PoE-Switches. Der Netzwerk-Switch, auch Switching Hub oder Ethernet-Switch genannt, wird mit verschiedenen Datenkabeln für die Verbindung zwischen mehreren Computern und anderen IoT-Geräten verwendet. Er gewährleistet einen reibungslosen Datenfluss im Netzwerk, indem er Daten über Datenpakete an die Zielgeräte überträgt und von ihnen empfängt.

Erläuterung der OSI-Modellschichten

Um Layer-2- und Layer-3-Switches besser zu verstehen, ist es wichtig, die Schichtenarchitektur von Netzwerk-Switches zu verstehen. Das Open Systems Interconnection (OSI)-Modell wurde 1980 von der Internationalen Organisation für Normung (ISO) entwickelt. Das OSI-Modell definiert die notwendige Hard- und Software für das Netzwerk und vermittelt Technikern die Funktionsweise des Netzwerks sowie die Möglichkeit, Netzwerkprobleme zu beheben. Das Modell unterteilt die Netzwerkkommunikation in sieben verschiedene Abstraktionsschichten: physische Schicht, Datenverbindungsschicht, Netzwerkschicht, Transportschicht, Sitzungsschicht, Präsentationsschicht und Anwendungsschicht.

Die physikalische Schicht ist für den Datentransfer zwischen physischen Geräten und physischen Übertragungsmedien verantwortlich. Zu diesen physischen Geräten gehören Kabel, Anschlüsse, Switches und Router. Diese Schicht verwaltet die Konvertierung unstrukturierter Roh-Bitstromdaten in Form von Nullen und Einsen.

Die Sicherungsschicht ermöglicht die direkte Datenübertragung zwischen zwei verbundenen Knoten im selben Netzwerk. Sie ist außerdem für die Fehlerdiagnose und -korrektur auf der physischen Schicht verantwortlich. Sie empfängt die Datenpakete von der Netzwerkschicht, zerlegt sie in Frames und leitet sie schließlich an das Ziel weiter. Die Sicherungsschicht kann in die Schichten Medium Access Control (MAC) und Logical Link Control (LLC) unterteilt werden.

Die Vermittlungsschicht überträgt Daten zwischen verschiedenen Netzwerken. Sie erhält Segmente aus der vierten Schicht (Transportschicht) und teilt sie in Datenpakete auf. Diese kleinen Pakete werden am Endgerät zusammengefügt. Diese Schicht übernimmt auch das Routing, um den optimalen Übertragungsweg sicherzustellen.

Die Transportschicht übernimmt die Terminalkommunikation zwischen Geräten. Sie ist dafür verantwortlich, Daten von der Sitzungsschicht zu empfangen und diese auf der Vermittlungsschicht in Netzwerksegmente aufzuteilen. Anschließend ordnet die Transportschicht diese Segmente neu an und konvertiert sie in Daten, die in der Sitzungsschicht verwendet werden können. Die vierte Schicht kümmert sich um den Netzwerkverkehr und stellt die korrekte Datenübertragung sicher.

Die Sitzungsschicht stellt die Sitzung zwischen zwei oder mehr Geräten her. Sie ist für den Aufbau, die Aufrechterhaltung und den Abschluss der Sitzung zwischen Computern verantwortlich. Dadurch wird sichergestellt, dass ausreichend Zeit für die Datenübertragung zur Verfügung steht. Diese Schicht setzt außerdem Kontrollpunkte, um eine reibungslose Datenübertragung zu gewährleisten.

Die Präsentationsschicht, auch Übersetzungsschicht genannt, ist für die Datenübersetzung, -verschlüsselung, -entschlüsselung und -komprimierung verantwortlich. Diese Schicht übernimmt Daten aus der Anwendungsschicht und übersetzt sie in die für die Anwendungsschicht nutzbare Syntax.

Auf der obersten Ebene des OSI-Modells interagiert die Anwendungsschicht mit den benutzerseitigen Daten. Sie ermöglicht die Kommunikation zwischen Softwareanwendungen und Endbenutzern. Mithilfe von Protokollen wie Hypertext Transfer Protocol (HTTP) und Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) kann die Software Daten erzeugen und den Benutzern aussagekräftige Ergebnisse präsentieren.

Gemäß dem OSI-Modell arbeiten Layer-2- und Layer-3-Switches jeweils auf der Datenverbindungs- und Netzwerkebene.

Was ist ein Layer-2-Switch?

Auf der zweiten Schicht des OSI-Modells übernimmt ein Layer-2-Switch die Datenverbindung. Der Layer-2-Switch verfügt üblicherweise über eine Adresstabelle, um die MAC-Adresse (Media Access Control) von einem Port zum Zielport zu verfolgen. Er leitet Datenpakete basierend auf der physischen Adresse weiter, um sicherzustellen, dass der Datenverkehr an den richtigen Empfänger weitergeleitet wird.

Layer-2-Switches haben die traditionelle Netzwerkbrücke abgelöst und ermöglichen eine extrem schnelle Datenweiterleitung. Jeder Port des Switches unterbricht die große Kollisionsdomäne und ermöglicht so eine schnelle Datenübertragung mit geringer Latenz.

Der Layer-2-Switch ist kostengünstig und lässt sich einfach implementieren, sodass er sich ideal für die Datenübertragung innerhalb von Segmenten in einem LAN oder benachbarten Segmenten in einem WAN eignet.

Hauptmerkmale/Funktionen:

• Unterstützt Spanning Tree Protocol (STP), um Netzwerkschleifen durch das Verbot redundanter Links zu vermeiden;
• Leitet Datenrahmen mit der gelernten MAC-Adresse schnell weiter;
• Ermöglicht Link Aggregation, d. h. die Zusammenführung physischer Ports zu einer einzigen logischen Verbindung, um die Bandbreite zu erhöhen.
• Verfügt über eine unabhängige Kollisionsdomäne, um Kollisionen zu vermeiden und die Netzwerkleistung zu verbessern;
• Unterstützt VLAN und kann ein LAN in kleine VLANs aufteilen, sodass Benutzer verschiedene logische Netzwerke verwalten können.

Was ist ein Layer-3-Switch?

Der Layer-3-Switch befindet sich auf der dritten Schicht des OSI-Modells. Er übernimmt die Funktionen von Layer-2-Switches, integriert aber die Routing-Funktion in die Netzwerkschicht. Das bedeutet, dass er sowohl MAC- als auch IP-Adressen für die Datenübertragung nutzen kann. Er ermöglicht schnelles dynamisches Routing und die gemeinsame Nutzung von Routing-Tabellen zwischen mehreren Netzwerken, bietet aber weniger Leistung als ein Router.

Der Switch kann den Datenverkehr über ein LAN oder VLAN verarbeiten und stellt eine effiziente Lösung für komplexere Netzwerkumgebungen dar. Layer-3-Switches können als Integration herkömmlicher Switches und Router betrachtet werden.

Hauptmerkmale/Funktionen:

• Routing-Funktionen ermöglichen den besten Pfad für den Datenverkehr.
• Unterstützt verschiedene Routing-Protokolle wie RIP, BGP und OSPF;
• Isoliert jede unabhängige Broadcast-Domäne, um die Netzwerksicherheit zu verbessern;
• Bietet einfaches VLAN-Management.

Hinweis: Was ist ein Layer 4-Switch?

Ein Layer-4-Switch ist eine erweiterte Version eines Layer-3-Switches, der auch als Transportschicht oder Content-Switch bezeichnet wird. Dieser Switch-Typ leitet Datenpakete basierend auf MAC-Adresse, IP-Adresse und Anwendung weiter.

Ein Layer-4-Switch funktioniert wie eine Firewall, indem er den Status der gesamten Sitzung überwacht . Er bietet viele erweiterte Funktionen wie Verkehrsfilterung, Lastausgleich und Sicherheitsabschirmung.

Layer-2- vs. Layer-3-Switch: Was sind die Unterschiede?

Das Verständnis der Unterschiede zwischen Layer-2- und Layer-3-Switches ist für den Aufbau einer effizienten und skalierbaren Netzwerkinfrastruktur unerlässlich. Wie bereits erwähnt, bieten Layer-3-Switches im Vergleich zu Layer-2-Switches zusätzliche Routing-Funktionen. Die Unterschiede gehen jedoch über die Routing-Kapazitäten hinaus. Lesen Sie weiter, um mehr darüber zu erfahren.

1. Routing-Funktion

Einer der Hauptunterschiede zwischen Layer-2- und Layer-3-Switches liegt in ihren Routing-Fähigkeiten. Layer-2-Switches leiten Pakete basierend auf der MAC-Adresse weiter und verfügen über keine Routing-Funktionen zwischen verschiedenen Netzwerksegmenten. Layer-3-Switches hingegen unterstützen Routing-Funktionen basierend auf IP-Adressen zwischen mehreren VLANs. Sie unterstützen sowohl dynamisches als auch statisches Routing.

2. Kosten

Ein Layer-2-Switch ist günstiger als ein Layer-3-Switch, bietet aber weniger Funktionen. Layer-3-Switches sind in der Regel teurer, bieten aber erweiterte Funktionen. Bei begrenztem Budget ist die Auswahl an Layer-3-Switches möglicherweise eingeschränkter. Zudem sind Layer-3-Switches in der Regel mit komplexen Konfigurationen ausgestattet.

3. Broadcast-Domäne

Ein Layer-2-Switch verfügt nur über eine einzige Broadcast-Domäne, die alle mit dem Switch verbundenen Geräte innerhalb desselben VLANs abdeckt. Ein Layer-2-Switch kann in großen Netzwerken einen potenziellen Domänensturm verursachen. Im Gegensatz dazu verfügt ein Layer-3-Switch über mehrere VLANs. Jedes VLAN kann als separate Broadcast-Domäne betrachtet werden, was unnötigen Broadcast-Verkehr reduziert.

4. Geschwindigkeit

Layer-2-Switches ermöglichen typischerweise eine schnellere Datenübertragung als Layer-3-Switches, da sie weniger Netzwerksprünge für die netzwerkinterne Kommunikation benötigen. Layer-3-Switches können zwar schnell sein, benötigen aber in der Regel mehr Rechenleistung, um die Datenpakete über verschiedene Netzwerke hinweg zu untersuchen.

5. Sicherheit

Netzwerksicherheit ist für ein Netzwerksystem von größter Bedeutung. Layer-2-Switches verfügen nicht über erweiterte Sicherheitsfunktionen. Layer-3-Switches hingegen sind mit zahlreichen Sicherheitsfunktionen ausgestattet, wie z. B. Loopback-Erkennung, Zugriffskontrolllisten (ACLs), DHCP-Snooping, Dynamic ARP Inspection (DAI) usw. Im Vergleich zu Layer-2-Switches bieten Layer-3-Switches erweiterte Sicherheitsfunktionen und sind weniger anfällig für Cyber-Bedrohungen.

Layer-2- oder Layer-3-Switch : Welchen soll ich wählen?

Bei der Wahl zwischen Layer-2- und Layer-3-Switches müssen Sie verschiedene Faktoren berücksichtigen. Es hängt jedoch alles von Ihren individuellen Netzwerkanforderungen ab.

Wann sollten Layer-2-Switches verwendet werden?

Layer-2-Switches erfüllen die grundlegenden Netzwerkanforderungen kleiner und mittelgroßer Büros. Sie erfordern keine komplexen Konfigurationen und sind daher für lokale Segmente einfach einzurichten. Sie sind kostengünstig und bieten ausreichend Switching-Kapazität mit Multiport-Optionen, sodass auch kleine Büros innerhalb desselben lokalen Netzwerks kommunizieren können. Sie verfügen über grundlegende Sicherheitsfunktionen und unterstützen Hochgeschwindigkeitsverbindungen, wodurch sie sich ideal für Netzwerksegmente oder VLANs eignen.

Wann sollten Layer-3-Switches verwendet werden?

Für große LANs eignen sich Layer-3-Switches, die die Anforderungen an erweiterte Funktionen und verbesserte Sicherheitsfeatures erfüllen. Sie bieten höheren Durchsatz und SPF+-Ports, die ideal sind, um Netzwerküberlastungen bei komplexen Verkehrsmustern mit Tausenden von Benutzern zu minimieren. Dank Routing-Funktionen bieten sie eine robuste Lösung für die Lastverteilung und die Auswahl optimaler Routen innerhalb mehrerer Netzwerke. Layer-3-Switches eignen sich hervorragend für das Sicherheitsmanagement, da sie erweiterte Sicherheitsfunktionen wie IP Source Guard und ARP-Inspektion bieten. Layer-3-Switches unterstützen außerdem Quality of Service (QoS), um die Verkehrspriorisierung zu gewährleisten. Unter Berücksichtigung all dieser Faktoren sind Layer-3-Switches für Ihre zukünftigen Netzwerke unerlässlich.

Abschluss

Sowohl Layer-2- als auch Layer-3-Switches spielen in modernen Netzwerksystemen eine entscheidende Rolle. Der Hauptunterschied zwischen ihnen liegt in der Routing-Fähigkeit. Ein Layer-2-Switch arbeitet auf der Datenverbindungsebene und stellt eine unkomplizierte Netzwerklösung dar. Ein Layer-3-Switch arbeitet auf der Netzwerkebene und bietet hervorragende Sicherheitsfunktionen und hohe Skalierbarkeit für komplexe Netzwerke in modernen Geschäftsumgebungen. In manchen Fällen können Layer-2- und Layer-3-Switches kombiniert werden, um eine optimale Netzwerkeffizienz zu erzielen. Die Wahl zwischen diesen beiden Switch-Typen hängt von Ihren spezifischen Anforderungen ab. Wir haben die Definitionen beider Switches kennengelernt und ihre Merkmale und Funktionen verglichen. Hoffentlich finden Sie die ideale Wahl basierend auf Ihren tatsächlichen Anforderungen.

FAQs

1. Kann ein Layer-3-Switch auf Layer 2 betrieben werden?

Ja, es behält die Funktionen eines Layer-2-Switches bei, bietet jedoch zusätzliche Routing-Funktionen.

2. Kann ein Layer-3-Switch einen Router ersetzen?

Theoretisch kann ein Layer-3-Switch einen Router ersetzen. In der Praxis unterstützt ein Layer-3-Switch jedoch keine erweiterten Funktionen wie größere Paketpuffer und BGP-Unterstützung. Daher kann ein Layer-3-Switch den Router nicht vollständig ersetzen.

3. Welche Schicht ist der nicht verwaltete Switch?

Der Unmanaged Switch arbeitet in der zweiten Schicht (Data Link Layer).

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