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Grundlagen zu Layer 2 und Layer 3 Switchen - Welche Unterschiede gibt es?

Im Allgemeinen hat ein Layer 2 Switch alles nötige, um alle Geräte eines Klienten und dazugehörige Netzwerkgeräte in einem LAN mit einander zu verbinden. Die primäre Funktion eines Layer 2 Switches ist es, den Netzwerkverkehr von Geräten innerhalb eines LANs zu regeln. Ein Layer 2 Switch entscheidet mittels der MAC Adresse über welchen Pfad die Datenpakete zu übermitteln sind. Sie sind allerdings nicht für Routing gedacht, weswegen eine Anbindung ans Internet über sie nicht möglich ist. Das nachfolgende Diagramm zeigt ein LAN (Local Area Network) mit mehreren Layer 2 Switchen und einem Router (Layer 3).

basic facts about layer 2

basic facts about layer 2

Um nun mehrere LANs und VLANs (Virtual Local Area Networks) miteinander zu verbinden oder eine Verbindung mit dem Internet (WAN) herzustellen ist ein Router nötig. Mit der steigenden Vielfalt von Netzwerkanwendungen werden neue Netzwerkgeräte, wie zum Beispiel Layer 3 Switche, immer populärer – Dabei besitzt ein Layer 3 Switch die Fähigkeiten eines Layer 2 Switches mit einigen Layer 3 Routingfähigkeiten zusätzlich. Trotzdem können nicht alle Layer 3 Switche verwendet werden, wenn es um die Anbindung ans WAN (Internet) geht. Im folgenden Diagramm wird gezeigt, wie eine Netzwerkkonfiguration beispielhaft mit Layer 2 und Layer 3 Switchen funktioniert.

Der Ursprung von Layer 2 und Layer 3

Die Begriffe Layer 2 und Layer 3 rühren vom OSI Modell her. Das OSI Modell (Open System Interconnect Modell) ist ein Referenzmodell, welches die Netzwerkkommunikation erklären soll. Das Modell beinhaltet 7 Layer:

  • Anwendung (7th Layer)
  • Darstellung (Presentation)(6th Layer)
  • Sitzung (Session) (5th Layer)
  • Transport (4rth Layer)
  • Vermittlung-/Paket (Network)(3rd Layer)
  • Sicherung (Data Link) (2nd Layer)
  • Bitübertragung (Physical) (1st Layer)

Unterschiede im Layer 2 und Layer 3 switching

1. Funktionsprinzip: Switching vs Routing

Im OSI Referenzmodell geschieht das Switching auf der zweiten Ebene. Beim Switching werden Frames mittels der MAC-Adresse von dem Quell- zum Zielport weitergeschalten. Auf diese Weise transportiert ein Layer 2 Switch Frames (Daten) an die richtigen Stellen durch das Feststellen und Einpflegen von MAC Adressen in einer Tabelle. Ein Layer 3 Switch dagegen ist speziell dafür gedacht, Datenpakete durch IP Adressen zuordnen zu können. Das Routing wird somit vom Layer 3 Switch übernommen.

2. Funktionalität

Ein Layer 2 Switch besitzt lediglich die Möglichkeit Frames von einem Port zum anderen zu schalten. Wohingegen ein Layer 3 Switch für das Routing und Switching von Datenpaketen verwendet werden kann. Im zweiten Layer ist Routing nicht möglich und Geräte können nur innerhalb des gleichen Netzwerks interagieren. Layer 3 Switching erlaubt es netzwerkfähigen Geräten auch nach außerhalb des Netzwerks zu kommunizieren.

3. MAC Adresse vs. IP Adresse

Layer 2 Switching ermöglicht die Kommunikation über eine Hardwaremethode. Die MAC Adresse wird hierbei über das Address Resolution Protocol (ARP) bestimmt. Layer 3 Geräte nutzen dagegen IP Adressen innerhalb von Virtual LANs (VLANs) um den gewünschten Host rauszudeuten.

4. Geschwindigkeit und Leistung

In diesem Bereich schneiden Layer 2 Switche deutlich besser ab. Auf Ebene 2 werden Frames lediglich vom Quellport zum Zielport umgeleitet, wohingegen bei Layer 3 Switching ein wenig Zeit dafür aufgewendet werden muss, die Integrität von Datenpaketen zu überprüfen, bevor die bestmögliche Route zum Zielport gesucht werden kann.

Welches Gerät ist für mich das richtige?

Viele können nicht recht entscheiden, ob sie nun einen Layer 2 oder Layer 3 Switch oder doch einen Router benötigen. Die Abbildung unten resümiert die Informationen wann ein Layer 2, ein Layer 3 Switch oder ein Router verwendet werden sollte.

Bei der Überlegung zwischen Layer 2 und Layer 3 Switchen sollten Sie den vorgesehenen Anwendungsfall überdenken. Wird es eine reine Layer 2 Domäne, dann ist ein Layer 2 Switch nicht nur ausreichend, sondern auch besser. In jeder Layer 2 Domäne bleiben die Hosts verbunden und in der Netzwerktopologie wird dies der Access Layer genannt. Hier reicht also ein Layer 2 Switch. Für den Fall, dass Sie ein VLAN erstellen wollen oder mehrere VLANs zusammen routen möchten, benötigen Sie einen Layer 3 Switch. Dies wird in der Netzwerktopologie Vermittlungsschicht genannt. Das Diagramm weiter unten zeigt, wie Netzwerkgeräte mittels eines Layer 3 Switch zu einem VLAN hinzugefügt werden können.




basic facts about layer 2

basic facts about layer 2

Da beide Geräte, der Layer 3 Switch und der Router, Routingfunktionen übernehmen können, stellt sich die Frage welcher besser dafür geeignet ist. Tatsächlich haben beide einen eigenen Anwendungsfall. Suchen Sie lediglich ein Gerät, mit welchem sich Inter-VLAN Routing realisieren lässt und wollen keine Anbindung ans ISP/WAN, dann reicht der Einsatz eines Layer 3 Switches völlig. Ansonsten wäre es besser in einen Router mit erweiterten Layer 3 Fähigkeiten zu investieren.

Die Vor- und Nachteile von Layer 2 Switchen

Vorteile

  • Leitet Pakete auf Basis einer eindeutigen MAC-Adresse weiter
  • Kein Einrichten oder Verwalten von Nöten
  • Kann bei geringem Kostenaufwand schnell eingesetzt werden
  • Flow accounting Fähigkeiten
  • Geringe Latenzzeiten und verbesserte Sicherheit




Nachteile

  • Es kann keinerlei Logik für das Weiterleiten von Paketen vorgeschalten werden
  • Routing oder switching anhand von IP Adressen ist nicht möglich
  • Die nötige Bandbreite für VoIP (voice over IP) kann nicht garantiert werden

Vor- und Nachteile von Layer 3 Switchen

Vorteile

  • Bietet QoS (Quality of Service)
  • Verbesserte Sicherheitsprotokolle um vor unautorisierten Zugriffen zu schützen
  • Kann ein einzelnes LAN in zwei oder mehrere virtuelle LANs (VLANs) untergliedern
  • Ermöglicht es Routern, verschiedene Subnetze miteinander zu verbinden
  • Bietet die Möglichkeit, Pakete IP adressbezogen weiterzuleiten/zu routen
  • Verwendet eine logische Adressierung um den optimalen Pfad zum Zielhost oder Zielnetzwerk zu finden




Nachteile

  • Deutlich höhere Kosten als ein Layer 2 Switch
  • Erfordert eine anfängliche Konfiguration und Verwaltung
  • Zusätzlicher Verarbeitungsspeicher (RAM) und Rechenleistung ist nötig