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title: Grundlagen des Switching
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# Grundbegriffe

## OSI-Modell

Im [OSI-Modell](https://de.wikipedia.org/wiki/OSI-Modell) werden sieben aufeinander aufbauende Schichten des Datenaustauschs in Netzwerken unterschieden:

1. Bitübertragungsschicht (Physical Layer)
2. **Sicherungsschicht (Data Link Layer)**
3. Vermittlungsschicht (Network Layer)
4. Transportschicht (Transport Layer)
5. Sitzungsschicht (Session Layer)
6. Darstellungsschicht (Presentation Layer)
7. Anwendungsschicht (Application Layer)

## Layer 2

Die Datensicherungsschicht (engl. Data Link Layer oder Layer 2) ist zuständig für den unverfälschten Datentransport über einen einzelnen Übermittlungsabschnitt.

Es gibt verschiedene Layer 2 Protokolle, zB PPP, Token Ring, **Ethernet**, FDDI, ATM. Wir beschäftigen uns nur mit den FF-relevanten [IEEE 802 Standards](https://de.wikipedia.org/wiki/IEEE_802): 802.1 (Bridging), 802.3 (Ethernet) und 802.11 (WLAN).

## Layer 2 <-> Layer 3

Ein Layer 2 Protokoll ermöglicht den Austausch von Daten zwischen Geräten, die an das selbe Übertragungsmedium (Layer 1) angeschlossen sind. Diese Geräte bilden ein (unmittelbares) Layer 2 Netzwerk, genannt **Netzwerksegment**. Werden mehrere Netzwerksegmente so miteinander verbunden, dass alle Geräte auch mit den Geräten der anderen Netzwerksegmente Daten austauschen können (und zwar mit dem gleichen Layer 2 Protokoll wie innerhalb ihres jeweiligen Segments), nennen wir das ein (vermitteltes) Layer 2 Netzwerk. Komponenten, die auf Layer 2 eine Verbindung zwischen verschiedenen Netzwerksegmenten herstellen, nennen wir **Bridge**.

Ein Layer 3 Protokoll ermöglicht den Austausch von Daten zwischen Geräten aus verschiedenen Layer 2 Netzwerken. Das für uns relevante Layer 3 Protokoll ist das Internet Protocol in den Varianten IPv4 und IPv6.

# Ethernet

"Ethernet" umfasst sowohl Layer 1 (10/100/1000/... Mbit/s über elektrische/optische Medien) als auch Layer 2. Wir betrachten hier nur Layer 2.

## Frame-Format

Einen Datenblock, der auf Layer 2 als Einheit übertragen wird, nennen wir **Frame** ("Rahmen"). Ein Ethernet-Frame hat folgendes Format:

![Ethernet Frame-Format](https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/aa/Ethernetpaket.svg)

Details s. <https://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet#IEEE_802.3_Tagged_MAC_Frame>. Dabei enthält der als "Daten" gekennzeichnete Bereich typischerweise den Datenblock eines Layer 3 Protokolls. Den Datenblock eines Layer 3 Protokolls nennen wir Packet ("Paket"), und nicht Frame. (Übrigens: auch auf Layer 1 nennt man einen Datenblock "Paket").

Merksatz: ein Layer 2 Frame rahmt die Nutzdaten (von Layer 3) ein, um sie gesichert in einem Layer 2 Netzwerk zu übertragen.

Die Sicherung geschieht mit Hilfe der **Prüfsumme** am Ende des Frames, mit der ein Empfänger evtl. Fehler (des Layer 1) bei der Übertragung des Frames erkennen kann.

## MAC-Adresse

Jedes Gerät, welches in einem Ethernet Daten übertragen will, benötigt hierfür eine eindeutige Kennung, die sog. [MAC-Adresse](https://de.wikipedia.org/wiki/MAC-Adresse). Diese besteht aus 48 Bit = 6 Byte. Wichtig genug zum Merken:

- Bit 0 des ersten Adressbytes gibt an, ob diese Adresse die eines einzelnen Gerätes ist (Bit 0 = 0) oder eine Gruppe von Geräten adressiert werden (Bit 0 = 1). Letzteres wird für Broadcast und Multicast verwendet.
- Bit 1 des ersten Adressbytes gibt an, ob diese Adresse global eindeutig ist (Bit 1 = 0), oder ob die Eindeutigkeit nur lokal (durch geeignete Administration) sichergestellt ist (Bit 1 = 1).
- Für global eindeutige Adressen gibt es beim IEEE ein [Zentralregister](http://standards.ieee.org/regauth/oui/index.shtml), mit dem sich der Hersteller eines Netzwerkinterfaces herausfinden lässt, was bisweilen beim Problemlösen im Netzwerk hilft.

### Übung

- Finde die MAC-Adresse (der Netzwerkschnittstelle) Deines Computers heraus und klassifiziere sie gemäß der obigen drei Punkte.
- Tue dies auch für die (diversen;) MAC-Adressen (D)eines FF-Routers.

# Switching

Mit Switch bezeichnet man eine transparente MAC-Bridge mit mehreren Ports (Schnittstellen). Oder einfacher: ein Switch verbindet mehrere Layer 2 Netzwerksegmente zu einem Layer 2 Netzwerk.

## Das Funktionsprinzip eines Switches

1. Ein empfangener Frame mit falschem Format oder falscher Prüfsumme wird verworfen.
2. Ein empfangener Frame wird niemals über den Port weitergeleitet, auf dem er empfangen wurde.
3. Die MAC-Absendeadresse eines korrekten Frames wird zusammen mit dem Port, auf dem der Frame empfangen wurde, in einer Tabelle gespeichert (source address table).
4. Ist die MAC-Zieladresse des empfangenen Frames in dieser Tabelle enthalten, so wird der Frame über den Port weitergeleitet, der mit der MAC-Zieladresse gespeichert ist (Ausnahme s. 2.).
5. Ist die MAC-Zieladresse des empfangenen Frames unbekannt, also nicht in der source address table gespeichert, wird der Frame an alle Ports weitergeleitet (Ausnahme s. 2.). Das gilt auch für Broadcast-Frames.

## erste eigene Schritte mit einem konfigurierbaren Switch

- Handbuch herunterladen.
- Ggf. Switch auf Fabrikeinstellungen zurücksetzen.
- Eigenen Rechner mit dem Switch verbinden.
- Eigenen Rechner so konfigurieren, dass er im gleichen IP-Subnetz liegt wie der Switch.
- Erreichbarkeit des Switches prüfen (ping).
- Einloggen auf dem Switch (telnet, ssh, http/s).
- Administratorrechte auf dem Switch bekommen.
- Konfiguration des Switches anzeigen lassen.

### Übung

- Lasse Dir die MAC-Adresstabelle (source address table) Deines Switches anzeigen und finde damit heraus, welches Gerät über welchen Port des Switches erreichbar ist.

# TBD

## VLANs (getrennte Layer 2 Netze auf einer Infrastruktur)

## STP (erforderlich bei redundanten Verkabelungen)

## Nutzungsbeispiele für Switching

- [Flüchlingsunterkunft](/Community/Projekte/Braunschweiger_31-33) und andere [Standorte am Richtfunknetz](/Technik/Richtfunk/Standorte/).